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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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lixinfeng__

木虫 (正式写手)

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★ ★ ★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
悠然zx11: 金币+3, 好见解 2013-06-10 20:40:39

说说我的理解：
应力场强度因子是用在存在裂纹的材料中，类似于屈服强度，用在无裂纹材料的设计。
   1）根据材料塑形的好坏，裂纹尖端会产生线弹性应力应变场（只发生弹性变形或塑形区很小与裂纹相比）和弹塑性应力应变场（裂纹尖端产生很大的塑性区）。而Kc(包括1，2,3型裂纹)是弹性应变场的指标，对于弹塑性有相应的指标（J积分和CTOD）。对于如何区分弹性应变场和弹塑性应变场。有两种方法：试验(将做好的标准CT试样直接拉伸，材料裂纹扩展直到失稳扩展，为弹性应力应变场；相反拉伸过程中会发生塑形变形为弹塑性应力应变场)和理论计算（根据国标，依据材料性能估计，测试，将试验结果验证，符合就是线弹性应变场）
2）应力场强度因子反应裂纹尖端附近的应力应变场，由于应力集中所致产生不同的应力场。与裂纹的形状，应力大小和裂纹长度有关（依据公式来的）。对于三种加载方式，拉开性最危险，因此经常测量K1C(由于线弹性应力应变场一产生裂纹就会发生失稳扩展，所以其反应的是失稳扩展的临界值).对于给定材料，K1C与试样厚度有很大关系。随着厚度增加其值逐渐减小，最后趋于稳定。（在拉开时，裂纹前沿产生很大的拉应力，使试样有沿厚度方向产生收缩的趋势，而试样中间因两边约束，不能自由收缩，产生3向拉应力，使试样不发生塑形变形，脆性开裂，k值降低。K趋于稳定时的为平面应变断裂韧度。）因此，我们所测的K1C基本都是拉开性平面应变断裂韧性，k1c。
3）测量k1c有三点弯曲法，紧凑拉伸试样还有c形圆盘试样。
4）对于你提的问题：应力场强度因子越大（必须大于K1C），裂纹才发生失稳扩展；小于临界值，裂纹不扩展或产生。  至于k1c的运用：可以参考课本后面的例子：在一定的应力下，计算裂纹的临界尺寸或在一定的裂纹长度下，计算最大应力。

  ps：个人觉得断裂韧性只有在髙强度和重要零件中设计时才考虑。