裂紋偏轉

裂紋偏轉（Crack deflection）是指裂紋在材料中呈鋸齒狀的擴展現象。複合材料中裂紋發生偏轉的主要原因有：基體與強化相彈性模量的差異、界面效應或熱錯配產生的內應力的影響，特別是內應力的不均勻性和界面等與裂紋的相互作用。

基本介紹

• 中文名：裂紋偏轉
• 外文名：Crack deflection
• 作用：增加材料韌性

定義

裂紋擴展過程中擴展方向發生變化稱為裂紋偏轉。由於裂紋偏轉而導致的材料斷裂韌性提高稱為裂紋偏轉增韌。在兩相或多相材料中第二相粒子的存在也會導致裂紋偏轉。與單相材料中的沿晶裂紋擴展過程相比較，兩相材料中的裂紋偏轉情況更為複雜一些。這種複雜性來自許多方面,如第二相粒子的幾何特徵、第二相粒子的各種物理的或化學的性能、第二相粒子與基體間彈性形變與熱膨脹的失配程度等，特別是兩相間的彈性形變與熱膨脹失配往往以另一種更為重要的方式表現出來，即材料在製作、加工過程中形成的殘餘內應力；在裂紋擴展過程中,這些殘餘內應力將與外加應力場疊加，進而改變材料的表觀斷裂表面能。

產生原因

複合材料中裂紋發生偏轉的主要原因有；基體與強化相彈性模量的差異、界面效應或熱錯配產生的內應力的影響,特別是內應力的不均勻性和界面等與裂紋的相互作用。如圖所示，在主裂紋尖端產生微裂紋時，微裂紋會與主應力軸垂直，隨後微裂紋間又可能形成連線。在這種場合，斷裂後可以觀察到裂紋的偏轉，並使強度和斷裂韌性發生變化。

主裂紋與微裂紋的會合產生偏轉

裂紋偏轉增韌原理

裂紋在材料中呈鋸齒狀擴展的模式如圖所示，分為傾轉模式和扭轉模式兩類。裂紋偏轉使斷裂韌性提高的原因主要是由於裂紋以鋸齒狀擴展時表面積增多。在這種場合下，裂紋偏轉的角度是一個重要的參數。如圖5.65所示,圖a中A_o→B_o→C_o的路徑，即使經過A_o→A₁→C₁+C_o的鋸齒狀或者是像圖b所示經過更為複雜的路徑，其表面積是相同的。裂紋偏轉引起韌化的主要原因在於隨著路徑變為鋸齒狀，實際的表面積增加。同時，伴隨著裂紋的擴展,尖端應力場分布變化，而從微觀上講斷裂已成為混合模式。

裂紋偏轉的模式