固體的斷裂

利用原子間力和位移的關係估計出的完整晶體的斷裂強度叫理論斷裂強度，其數值對一般固體而言約為楊氏模量E的1/5～1/10。實際固體中往往存在的晶體缺陷及或長或短的巨觀微裂縫會引起形變、硬化和應力集中，從而大大降低材料的實際斷裂強度。

基本介紹

• 中文名：固體的斷裂
• 利用：原子間力和位移的關係
• 注釋：式中E為彈性模量
• 主要經歷：裂縫的成核和傳播

固體的斷裂

固體在足夠大的應力作用下，原子之間的結合就被破壞而斷裂。材料在斷裂之前，經歷了大量範性形變叫延性斷裂；反之，基本上沒有或只有小範圍範性形變則叫脆性斷裂，在長期低交變負荷作用下引起的斷裂則稱為疲勞。

單晶的脆性斷裂沿一定的解理面進行。不同晶體結構的解理面是不一樣的；如體心立方結構的 Fe、W、Mo、Cr為(100)，密集六角Zn、Be為(0001)，六角Te為 10ī0，菱形體心Bi為(111),Sb為11ī,As為(111)、(110)等。多晶的晶間脆斷則和其晶界上的脆化相或溶質原子的偏析有關。

過程

固體的斷裂主要經歷裂縫的成核和傳播兩個過程。裂縫的核大部假定是刃型位錯在應力作用下合併形成的。

1920年，A.A.格里菲思用裂縫傳播所降低的彈性能恰好足以供給新裂開的表面能γs的條件導出裂縫長度為2с的材料的斷裂強度σc為

式中E為彈性模量，超過它，裂縫迅速傳播導致斷裂。

裂縫頂端產生的小範圍範性形變對σc的升高起很大作用。E.奧羅萬將上式中的γs 以γs+γp代替當作有效表面能以適合較一般的情形。γp表示裂縫擴張每單位面積的裂縫頂端范性功耗。它的數值往往大大超過γs ,有時甚至大到近10倍。γp的數值, 有人認為決定於裂縫頂端單位面積原子鍵合破壞之前該處范性弛豫中所產生的位錯數目；另一些學者則認為決定於裂縫頂端位錯的運動所消耗的能量。

工程斷裂力學中的臨界能量釋放率Gc相當於2(γs+γp )。當固體是理想脆性時, Gc=2γs。γs則主要決定於固體表面的電子-聲子過程。在一般情況下,由於γsγp，Gc≈2γp。從絕對數值上看，γs似是可以忽略的。然而，γp 和γs 是相關的。其他結構條件一樣時，γs越大,則γp 越大；所以,從相對變化的意義上看,γs又是一個不可忽視的因子。工程斷裂力學中常用臨界應力強度因子來標誌斷裂韌度。式中 G10為G1的臨界值；E┡=E,當處於平面應力狀態下;當處於平面應變狀態下，v為泊松比。

固體的斷裂性質

和其他力學性質一樣，通常是結構敏感的；巨觀結構、顯微組織、晶體結構和缺陷以及電子－聲子過程都有影響。具體過程的主導因素需要具體分析。固體物理則側重在了解斷裂性質和微觀結構的關係，稱做斷裂物理。