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yujunhui

银虫 (著名写手)

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[交流] 应力强度因子Kic的重要性是什么

最近在看金属断裂方面的书籍及文献，好多人研究应力强度因子K，但是并没有说出应力强度因子K的研究的意义，现在看到学者对其解释如下：
1 应力强度因子K表征了裂纹的特征，表征了裂纹尖端附近应力应变弹性场的强度。
2 应力强度因子控制了裂纹尖端附件的整个弹性场，不只是表示应力应变的大小，而且表示了整个场的能力。
3 应力强度影子可以显示裂纹扩展的能力。

对于以上观点我存在以下疑问:
应力强度因子表征了裂纹的特征，应变场的强度，及应力大小及能量，并且描述裂纹扩展的能力，
是否可以这样为，应力强度因子大，裂纹就容易扩展。
既然应力强度因子是材料固有的本性，怎么用他来研究裂纹有什么用？我是说如何应用与应力强度因子来判断裂纹是否扩展.

w我是初学断裂学，请指点？

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1楼 2012-10-02 12:15:09

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donatello

金虫 (著名写手)

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★
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建议楼主找些fracture mechanics的书来从头好好研读一下。书里基本都会讲到K值的由来：先从分析应力集中系数开始。其实，K就是另一种形式的特殊的应力集中系数，其所反映的就是裂纹尖端应力场奇异性的程度。所以，二楼说的“个人认为应力强度因子主要与材料的组织有关”是不对的，K跟材料的组织没有任何关系，只跟裂纹几何形状（裂纹尖端的曲率半径以及裂纹长度有关），这一点可以从K值的定义式知道。KIC的全称叫做“张开形裂纹的平面应变断裂韧性”（对应当然还有KII和KIII，分别别剪切形和撕裂形）。楼主可以翻阅一下A-S-T-M E-399，里面对于KIC的实验标准有明确要求。其中Kq值需要满足两个判定条件：裂纹足够尖锐，试件足够厚，这样的Kq才可以被判定为KIC。KIC就是一个门槛值：KKIC，裂纹会发生失稳扩展；在K=KIC的临界状态，裂纹可能扩展也可能不扩展，这取决于后续能量的增减，如果K=KIC，但是能量有略微的增加，那裂纹会发生缓慢扩展，直到K值重新等于KIC，达到新的平衡。这种缓慢扩展，新平衡有规律的交替出现其实就是裂纹的稳定扩展。当裂纹长度达到一定值，只要系统内微弱的能量增加就能引起裂纹巨大扩展的时候，就是失稳了。也就是说，新平衡难以再建立的时候，就会发生失稳扩展。KIC表征了材料抵抗疲劳裂纹扩展的能力，现在是工程材料的一个重要指标，特别是对于服役条件下要承受疲劳载荷的材料（比如汽车轴承，FJ蒙皮，火车轮轴等）。举个简单的例子，一种材料要上FJ，那它的KIC必须要达标。