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[交流]
应力强度因子Kic的重要性是什么
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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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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：K |
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金陵道士11楼2012-10-06 16:11:13
★ ★ ★ ★
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yujunhui: 金币+3, 说的很精辟，谢谢！ 2012-10-03 19:55:28
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K参数是用来表征裂纹周围的应力场 应变场强度没错 K参数的建立主要是因为 裂纹的引入改变了周围应力、应变的分布，使得抗拉强度不能再作为评价材料是否失效的标准 而KIC指的是 含有裂纹的物体 在断裂之前裂纹尖端所承受的最大应力强度因子 由于在线弹性范围内，KIC是一个临界值，即一旦K超过KIC，则裂纹将迅速失稳，扩展，断裂。 我想你可能将应力强度因子K 跟平面应变断裂韧性KIC的概念有些混淆，他们之间的关系就像应力和抗拉强度一样 裂纹尖端的应力强度因子K 越大 只能说明这个时候裂纹尖端的应力集中越明显，至于裂纹会不会扩展，容不容易扩展，还要看材料的断裂韧性KIC、JIC等。举个例子，对铝合金来说，如果K到了30 MPa m^0.5那基本上就断了，但是对于钢来说，K=30MPa m^0.5离断裂还很远。因为铝合金的KIC通常也就20-30MPa m^0.5，而钢铁至少也有100MPa m^0.5，你可以把KIC跟抗拉强度类比一下就比较好理解了。 |
5楼2012-10-02 21:58:02
★ ★ ★ ★
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悠然zx11: 金币+3, 好见解 2013-06-10 20:40:39
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悠然zx11: 金币+3, 好见解 2013-06-10 20:40:39
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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。 |
17楼2013-05-28 10:23:50
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16楼2013-05-28 09:21:49
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23楼2015-04-28 10:33:29
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小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
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对于你描述的"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"，我不认同，你这种理解是有问题的。首先klc是不变的，随着裂纹长度a的增加，k也是不断变大的，也就是说一旦k大于klc，除了载荷变小，都会失稳。也就是不管外加能量增加多少，都会失稳，你描述的缓慢扩展直到又重新达到klc的说法就不准确了。所以说klc应该理解为裂纹扩展失稳的条件，而不是扩展发生的条件 发自小木虫Android客户端 |
24楼2017-03-31 16:59:06
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yxu19869楼
2012-10-06 12:16
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liu2004m10楼
2012-10-06 13:51
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