斷裂動力學（fracture dynamics）是斷裂力學的一個分支，又稱動態斷裂力學，它在考慮受載物體各處慣性的基礎上，用連續介質力學的方法研究固體在高速載入或裂紋高速擴展條件下的裂紋擴展和斷裂規律。脆性材料在加工、碰撞和衝擊下的破壞，地震和地震對結構的影響，天然氣管道的破裂都屬於斷裂動力學研究的範圍。軍事工程中許多爆裂和防爆問題都涉及斷裂動力學。
基本介紹
- 中文名：斷裂動力學
- 外文名：fracture dynamics
簡史,研究內容,研究現狀,
簡史
19世紀末至20世紀初，英國的J.霍普金森和B.霍普金森父子對應力波引起的動態破裂問題進行了系統的實驗觀察和研究。第二次世界大戰後，工業特別是軍事工業的發展，極大地促進了在有應力波或高速載入的條件下，材料和結構斷裂規律的研究。1921年英國的A.A.格里菲思從能量平衡的觀點出發，提出了裂紋擴展引起脆性材料斷裂的理論。1948年，英國的N.F.莫脫在格里菲思的能量平衡關係中考慮了動能的影響，研究了斷裂過程中裂紋快速擴展的問題，並引出了裂紋擴展的極限速度的概念。20世紀50年代以後，線彈性斷裂力學的發展和完善,以及彈塑性斷裂力學的興起,為斷裂動力學提供了新的理論分析方法。例如，應力強度因子、裂紋擴展力、應變能密度因子、裂紋張開位移(見COD法)、J積分'" 等參量以及與它們有關的理論，在考慮相應的動態效應之後，都被用來討論裂紋的動態擴展問題，從而促進了斷裂動力學的發展。
研究內容
斷裂動力學研究的內容包括：①動態斷裂判據,它是判定某一動態斷裂現象是否出現的依據,包括：在動載條件下裂紋的起始和失穩擴展判據，快速擴展裂紋的分岔判據，快速擴展裂紋的停止（止裂）判據等；②裂紋快速擴展的極限速度；③裂紋快速擴展中的能量轉換；④快速擴展裂紋頂端附近的應力場和應變場；⑤應力波和擴展裂紋的相互影響；⑥高應變率條件下的材料特性及其對高速擴展裂紋的阻力的影響；⑦動態斷裂力學參量和固體微觀機制的聯繫。另外，許多學者還對具體的工程構件的斷裂動力特性開展了研究。
研究現狀
動態斷裂現象往往發生在短暫的瞬間，因而給問題的研究帶來了很多困難。隨著研究方法的進步，動態斷裂的研究已從機械衝擊（毫秒級）向高速衝擊(微秒級)範圍發展。當前，斷裂動力學的研究大致有兩個方面：①理論分析。建立描述動態斷裂現象的連續體基本方程和表示具體材料的力學性質的本構方程，根據所給的邊界條件，通過一定的數學方法找到問題的解答。由於動態斷裂問題的複雜性，建立和求解上述方程有較大的困難。只有一些簡單的問題找到了完全的或近似的解析解。電子計算機技術的發展和廣泛套用彌補了解析方法的不足。發展的動態數值分析方法在計算方法上擴大了解決問題的範圍，其中動態有限元法、動態有限差分方法和動態邊界元方法都已被用於動態斷裂問題的分析，並取得了較好的結果。②動態實驗。主要採用動態光彈性法、全息照相和焦散線法以及一些電磁學方面的測試技術。它們為動態斷裂分析積累數據並提供分析依據。在斷裂動力學的研究中上述兩方面相互結合，互為補充，使得研究日益深化。
雖然斷裂動力學的一些概念和理論、經驗或半經驗性的成果已在冶金學、地震學、合成化學以及水壩工程、飛機和船舶設計、核動力裝置和武器裝備等方面得到了一些實際套用，但斷裂動力學作為一門學科還處於進行大量實驗觀察和積累數據的初創階段。建立完整的斷裂動力學體系還需進行大量的研究工作，它有賴於套用數學、套用物理學及其他相關學科的進展。
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