斷裂力學分析

斷裂力學分析(fracture mechanics analysis) 研究帶裂紋的材料、零件和構件中裂紋開始擴展的條件和擴展規律的力學分析方法。通過斷裂力學分析，可以確定裂紋的容許尺寸、評定零點和構件的承載能力，估算其使用壽命，從而提出零件和構件的損傷容限設計方法。

傳統的材料力學和結構力學均假設材料為不包含裂紋的連續體，並通過比較工作應力和許用應力來判斷強度。然而機械零件和構件，特別是大型鑄件和鍛件，難免有裂紋或類裂紋缺陷存在。斷裂力學在零件和裂紋的尺寸、載荷和材料的力學性能之間建立了定量的關係，從而可以根據試樣的斷裂力學試驗數據，推測帶裂紋零件或構件的抗斷裂能力。

基本介紹

• 中文名：斷裂力學分析
• 外文名：fracture mechanics analysis
• 提出者：Wohler
• 提出時間：1838年
• 套用學科：工程力學
• 適用領域範圍：工程領域

運用斷裂力學方法，分析在具有缺陷（裂紋）的結構或者材料在載荷作用下裂紋是否擴展、擴展速率、是否斷裂、何時斷裂等，從而確定結構是否安全，其壽命周期、檢修周期、壽命期內允許的最大載荷等。

裂紋一般按照幾何特徵分為穿透裂紋、表面裂紋、角裂紋、深埋裂紋等；按照力學特徵分為張開型、滑開型、撕開型等；按照裂紋尖端塑性區的相對大小分為線彈性斷裂力學和彈塑性斷裂力學。線彈性裂紋的擴展和斷裂判定主要是基於應力強度因子K；彈塑性裂紋的擴展和斷裂判定主要是基於J積分。由於研究比較成熟、且工程上占比比較大的是彈塑性裂紋，因此計算各種裂紋的應力強度因子K、研究材料本身的斷裂韌度Kc是斷裂力學中的主要內容。

裂紋擴展公式一般是基於經典的Paris公式及相關修正公式，按考慮因素由簡單至複雜則常用的有Walker公式、Forman公式、Nasgro公式等。影響裂紋擴展及斷裂的因素主要有多個材料常數、應力比、裂紋結構形式等。