理论教育 材料断裂韧性与KIC指标相关的特性

材料断裂韧性与KIC指标相关的特性

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:KIC是材料抵抗裂纹失稳扩展的力学性能指标,KIC的值越大,裂纹就越不易发生扩展,材料就越不易发生脆断。KIC是材料本身的一种特性,因此对每一种具体的材料来说,它是一个常数,可由试验测出。KI和R对应,都是力学参量,只与载荷及试样尺寸有关,与材料无关;而KIC和Rm对应,都是力学性能指标,只与材料的成分、组织结构有关,与载荷及试样尺寸无关。

材料断裂韧性与KIC指标相关的特性

从KI的关系式可知,当外加应力R增加或裂纹扩展增长时,裂纹尖端的应力场强度因子也增大,所以裂纹尖端前沿应力场各处的应力值也随之成比例增加。当KI增大到某一临界值,使裂纹尖端附近的内应力达到材料的断裂强度时,裂纹突然失稳扩展,发生快速脆断。这一临界KI值称为材料的断裂韧性,用KIC表示,单位符号为MPa·m1/2

KIC是材料抵抗裂纹失稳扩展的力学性能指标,KIC的值越大,裂纹就越不易发生扩展,材料就越不易发生脆断。KIC是材料本身的一种特性,因此对每一种具体的材料来说,它是一个常数,可由试验测出。

KI和R对应,都是力学参量,只与载荷及试样尺寸有关,与材料无关;而KIC和Rm对应,都是力学性能指标,只与材料的成分、组织结构有关,与载荷及试样尺寸无关。因此,通过调整成分、合理冶炼、正确加工和热处理,就可以大幅度提高材料的KIC。(www.daowen.com)

常用的工程材料中,金属材料的KIC值最高,复合材料次之,高分子材料和陶瓷材料最低。断裂韧性在工程中的应用可以概括为以下3个方面:一是设计,包括结构设计和材料选择。可以根据材料的断裂韧性,计算结构的许用应力,针对要求的承载量,设计结构的形状和尺寸;可以根据结构的承载要求、可能出现的裂纹类型,计算可能的最大应力场强度因子,依据材料的断裂韧性进行选材。二是校核,可以根据结构要求的承载能力、材料的断裂韧性,计算材料的临界裂纹尺寸,与实测的裂纹尺寸相比较,校核结构的安全性,判断材料的脆断倾向。三是材料开发,可以根据对断裂韧性的影响因素,有针对性地设计材料的组织结构,开发新材料

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