断裂力学发展史
断裂动力学
断裂动力学
断裂动力学是指在物体强烈变形过程中分析破裂现象的学科，它
的发展历史不短，经历了多位科学家的探索和研究。
20世纪初期，英国物理学家伦纳德状元哲学（L. H. Baekeland）提出了固体材料破裂的“能量释放”观点，成为断裂动力学的初始基础。
此后，史蒂芬·蒯尔（S. K. Karihaloo）等人逐渐明确了断裂动
力学的研究范围和意义。
20世纪50年代的断裂力学，主要研究断裂的机理和固体材料的
破裂强度，其代表性人物是英国物理学家格里菲斯。
他通过对玻璃薄
板的实验，首次提出了“裂纹易于扩展”的概念和格里菲斯方程，具
有重要的理论和实践意义。
20世纪60年代，美国材料科学家罗伯特·豪克斯（R. O. Huggins）提出了“韧度”的概念，即抵抗破裂的能力。
此后，断裂动
力学研究逐渐扩展到包括金属、非金属、陶瓷、复合材料等各种材料。
其中，陶瓷材料的研究表现出尤为显著的成果，多位科学家进行了深
入的研究。
21世纪以来，随着材料科学和计算机技术的发展，断裂动力学领域的研究也得到了迅速发展。
基于材料的断裂动力学分析模型不断完善，仿真技术得以广泛应用，为实现材料性能预测和优化设计提供了
依据。
总的来说，断裂动力学是材料科学中一门十分重要的学科，其发
展历程充满了许多优秀科学家的研究探索和经验总结。
今后，断裂动
力学的研究还将继续深入，为所有领域的材料应用和设计提供有力支持。
断裂力学试题
17.疲劳长裂纹扩展的规律和机理？ 答：扩展速率受控于裂纹尖端的应力强度因子范围ΔK，ΔK=Kmax-Kmin；
随着应力比增大，疲劳裂纹扩展速率增大，疲劳门槛值减小。 组织对 Paris 区的 da/dN 影响不大， 而对门槛值区有较大影响。 18.分析疲劳断口的组成与影响因素； 答： （1） 疲劳断口的组成：一个典型的疲劳断口总是由疲劳源、疲劳裂纹扩展 区和最终断裂区三部分构成。 （2）影响因素：平均应力（拉伸平均应力降低疲劳强度，压缩平均应力提高疲 劳强度） 、表面加工与处理（疲劳裂纹通常起始于零件表面，因此，表面状况对 疲劳寿命有很大的影响，表面光洁度越高，形成疲劳裂纹的时间越长） 、加载型 式、缺口与应力集中、试样的尺寸。 19.分析疲劳应力应变曲线的特点；
e ae p
J J ae J
答： （1）在线弹性条件下,这三个参量可以互相替换,它们各自的断裂判据都是等效的，对 I 1 型裂纹： J K I2 GI E E E 1 2 E E 其中，平面应力： ；平面应变 ： （2）在弹塑性条件下,应力强度因子已不在适用,主要是运用 J 积分和 COD 参量。在大范围 屈服的情况下二者之间的关系(采用 D-M 模型)： J s ；考虑到实际材料,工程中可以 对其进行修正：J k
第一章断裂力学概论-2009分解
第一章断裂力学概论第1节绪论1.断裂力学的起源与发展最早的断裂力学思想1921年英国科学家Griffith研究“为什么玻璃的实际强度比从它的分子结构所预期的强度低得多？”，推测“由于微小的裂纹所引起的应力集中而产生”，提出适合于判断脆性材料的与材料裂纹尺寸有关的断裂准则——能量准则。
断裂力学发展的背景蓬勃发展的近代先进科学技术，对传统的强度理论提出了挑战。
1) 高强度材料和超高强度材料的使用2) 构件的大型化3) 全焊接结构的使用灾难性事故焊接铁桥断裂破坏1938-1942年，世界上有40座焊接铁桥，按照传统观点未发现任何异常的情况下，突然断裂倒塌。
自由号轮船的断裂破坏上世纪40年代，美国“自由号”轮船焊接部位的25%被发现有裂纹，在4694艘轮船的焊接结构中，有1289处有裂纹，其中有233处引发了灾难性事故。
典型的T-2号油船上，由裂纹导致甲板在几秒钟内破坏成两半，调查发现，破断处的最大弯矩还不到许用设计弯矩的一半。
“彗星”号飞机破坏失事1954年1月10日，一架“彗星”号飞机飞行在纽约30000英尺高空突然解体坠入地中海，飞机破坏的主要原因是疲劳引起的增压舱破坏，增压座舱观察窗一角应力太高而引起疲劳破坏。
破坏时的应力只相当70%的材料的强度极限。
事故的规律1)断裂时，工作应力都较低2)尽管是典型的塑性材料，却表现出脆性断裂现象（低应力脆断）3)对断口进行分析，发现“低应力脆断”是从构件内部存在的微小裂纹源扩展引起的。
——构件中不可避免的存在裂纹或类似裂纹的缺陷是引起“低应力脆断”的根源——以裂纹体为研究对象的一门学科——断裂力学应运而生。
断裂力学的形成1957年，美国科学家G.R.Irwin提出应力强度因子的概念, 线弹性断裂理论的重大突破，应力强度因子理论作为断裂力学的最初分支——线弹性断裂力学建立起来。
断裂力学的发展现代断裂理论大约是在1948—1957年间形成，它是在当时生产实践问题的强烈推动下，在经典Griffith理论的基础上发展起来的，上世纪60年代是其大发展时期。
断裂力学程靳
断裂力学程靳【原创版】目录1.断裂力学的概念2.断裂力学的发展历程3.断裂力学的应用4.断裂力学的未来发展趋势正文一、断裂力学的概念断裂力学，作为固体力学的一个重要分支，主要研究在外部载荷或内部应力作用下，材料发生的断裂现象及其规律。
断裂力学旨在揭示材料在断裂过程中的力学行为，从而为材料设计、制造和使用提供理论依据。
二、断裂力学的发展历程1.20 世纪 50 年代，断裂力学作为一门独立的学科逐渐形成，程靳教授是我国断裂力学研究的奠基人之一。
2.20 世纪 60 年代，断裂力学得到了迅速发展，研究领域逐渐扩大，开始涉及到多种材料和结构的断裂问题。
3.20 世纪 70 年代，随着计算机技术的飞速发展，断裂力学进入了数值模拟阶段，可以更精确地预测材料在断裂过程中的行为。
4.21 世纪以来，断裂力学与材料科学、纳米技术等新兴学科相互融合，不断推动着断裂力学的发展。
三、断裂力学的应用断裂力学在工程领域具有广泛的应用，包括：1.航空航天领域：断裂力学为飞机、火箭等飞行器的结构设计提供了重要的理论依据。
2.建筑领域：断裂力学为建筑结构的安全性评估和抗震设计提供了重要的参考。
3.能源领域：断裂力学在核电站、油气管道等能源设施的设计和运行中发挥着重要作用。
4.交通领域：断裂力学在汽车、火车、船舶等交通工具的结构设计中具有重要应用。
四、断裂力学的未来发展趋势1.随着新材料、新结构的不断涌现，断裂力学将不断拓展研究领域，寻求新的断裂规律。
2.断裂力学将与计算机科学、人工智能等技术紧密结合，发展更为高效、精确的数值模拟方法。
3.断裂力学将更加注重多尺度、多物理场的综合研究，提高对材料断裂行为的预测能力。
断裂力学的发展与研究现状
断裂力学的发展与研究现状一、断裂力学概述断裂力学是一门研究材料或结构在断裂过程中力学行为的学科。
它专注于理解材料的微观结构和性能，以及在外力作用下材料裂纹萌生、扩展和断裂的机制。
断裂力学在工程应用中具有非常重要的意义，因为材料的断裂会直接导致灾难性的后果。
二、断裂力学的发展自20世纪60年代以来，断裂力学得到了迅速的发展。
这个领域的研究可以分为两个主要方向：线性断裂力学和非线性断裂力学。
1. 线性断裂力学：线性断裂力学研究裂纹在材料中扩展的规律，其理论基础主要是弹性力学和塑性力学。
这个方向的主要目标是预测裂纹扩展的速率，以及裂纹对材料性能的影响。
2. 非线性断裂力学：非线性断裂力学研究裂纹在非线性材料中扩展的规律。
这种材料的行为会随着裂纹的扩展而改变，因此需要使用更复杂的模型来描述。
非线性断裂力学的研究对于理解复合材料、金属、陶瓷等材料的断裂行为非常重要。
三、断裂力学的研究现状当前，断裂力学的研究主要集中在以下几个方向：1. 疲劳裂纹扩展研究：疲劳裂纹扩展是工程结构中最常见的断裂形式之一。
这个方向的研究主要关注疲劳裂纹的萌生和扩展机制，以及如何预测疲劳寿命。
2. 复合材料断裂研究：复合材料由于其各向异性和非线性特性，其断裂行为比金属材料更为复杂。
这个方向的研究主要关注复合材料的分层、脱层、破碎等行为，以及如何优化复合材料的结构设计。
3. 微裂纹扩展研究：微裂纹在材料中广泛存在，其对材料的性能和安全性具有重要影响。
这个方向的研究主要关注微裂纹的萌生、扩展和聚集机制，以及如何检测和预防微裂纹的产生。
4. 跨尺度断裂力学研究：这个方向的研究关注在不同尺度（如微观、介观和宏观）下材料的断裂行为。
它涉及到材料在不同尺度下的物理性质，以及不同尺度之间的相互作用。
这种跨尺度的方法有助于更全面地理解材料的断裂行为。
四、未来研究方向与挑战随着科学技术的发展，断裂力学仍面临许多新的挑战和研究机会。
未来几年，以下几个方向可能会成为研究的热点：1. 高性能计算与模拟：随着计算机技术的发展，高性能计算和模拟已经成为解决复杂工程问题的关键工具。
断裂力学的发展及应用
断裂力学的发展及应用断裂力学是研究材料或结构在受到外力作用下发生断裂的科学学科。
它在材料科学、工程力学、机械工程、航空航天工程等领域得到了广泛应用。
本文将从断裂力学的发展历程、理论基础和应用领域等方面进行阐述。
断裂力学的发展可以追溯到19世纪60年代的英国。
当时，材料的断裂行为被认为是不可控的，因此无法进行可靠的工程设计和分析。
然而，随着强度学说的发展和研究方法技术的进步，人们开始关注材料的断裂现象，并逐渐形成了断裂力学的理论框架。
断裂力学的理论基础主要有线弹性断裂力学和粘弹性断裂力学两个方面。
线弹性断裂力学主要研究刚性材料的断裂行为，在应力达到材料的破坏强度时，材料会发生断裂现象。
粘弹性断裂力学则是研究粘弹性材料在外力作用下的破坏行为，强调材料的时间依赖性。
断裂力学的应用十分广泛。
首先，在材料科学领域，断裂力学的研究可以帮助科学家、工程师更好地理解材料的断裂机制、破坏过程和破坏特征，为新材料的开发和设计提供理论指导。
例如，在航空航天工程中，断裂力学可以用于研究飞机结构的疲劳寿命和断裂危险性，以确保飞机的安全飞行。
其次，断裂力学对工程力学领域也有着重要的意义。
通过引入断裂力学，可以对工程结构和构件的破坏行为进行预测和分析，从而提高结构的安全性和可靠性。
例如，在建筑工程中，通过断裂力学可以研究混凝土、钢筋等材料的断裂行为，为建筑物的设计和施工提供技术支持。
此外，断裂力学还被广泛应用于汽车工程、机械工程、电子工程等领域。
在汽车工程中，断裂力学可以用于研究汽车材料的断裂特性和疲劳寿命，为汽车的制造和安全性评估提供依据。
在机械工程中，断裂力学可以用于分析和优化机械零件的设计，提高机械设备的使用寿命和可靠性。
在电子工程中，断裂力学可以研究材料的可靠性和耐久性，提高电子设备的性能和稳定性。
总之，断裂力学的发展及应用不仅推动了材料科学、工程力学等学科的进步，也在各个领域为科学研究和工程设计提供了理论基础和实际指导。
断裂力学
断裂力学的发展史及其在岩土工程中的应用断裂力学的主要发展史：1921年，Griffith(格里菲斯)用弹性体能量平衡的观点研究了玻璃、陶瓷等脆性材料中的裂纹扩展问题，提出了脆性材料裂纹扩展的能量准则。
(线弹性断裂力学)1949年E.Orowan （欧罗万）在分析了金属构件的断裂现象后对Griffith 公式提出了修正，他认为产生断裂所释放的应变能不仅能转化为表面能，也应转化为裂纹前沿的塑性应变功，而且由于塑性应变功比表面能大得多，以至于可以不考虑表面能的影响. (线弹性断裂力学)1948年，Irwin 提出对Griffith 理论的修正，引进了裂纹能量释放率，从而提出了裂纹临界平衡状态的判据。
1957年，Irwin 应用了H.M.Westergaard 在1939年提出的解平面问题的一个应力函数，求解了带穿透性裂纹的空间大平板两相拉伸的应力问题，并引入了应力强度因子K 的概念，随后又在此基础上形成了断裂韧性的概念，并建立起测量材料断裂韧性的试验技术，从而奠定了线弹性断裂力学的基础。
(线弹性断裂力学)1965年Wells(威尔斯)在大量实验的基础上，提出以裂纹尖端的张开位移描述其应力、应变场．裂纹尖端张开位移，即裂纹体受载后，在原裂纹尖端垂直裂纹方向上所产生的位移，一般用σ表示。
威尔斯首先提出了弹塑性条件的断裂准则COD 准则：当裂纹尖端张开位移σ达到临界值σc 时，裂纹将开裂，即σ=σc 时，裂纹开裂． ( 弹塑性断裂力学)1968年，Rice(赖斯)提出了J 积分理论．以J 积分为参数并建立断裂准则，J 积分是围绕裂纹尖端作闭合曲线的积分．在线弹性情况下有： 211K J G E==(平面应力)， 2211(1)K J G v E==-(平面应变) 进而建立J 积分断裂准则：当围绕裂纹尖端的J 积分达到临界值 时，即J=J c 时，裂纹开始扩展.( 弹塑性断裂力学)7O 年代初，Sih 与Loeber(洛依伯)导出了外载随时间变化而裂纹是稳定的情况的渐近应力场与位移场，Rice 等多人先后导出了裂纹以等速传播情况的渐近应力场与位移场，并提出了裂纹稳定而外载随时间迅速变化情况下的裂纹开裂准则：1(,,)()Id K a t K σ=σK Id 是表征材料动态断裂性能的常数，称为裂纹动态起始扩展问题的断裂韧性，它与加载速率σ有关。
断裂力学1
断裂力学
断裂力学是一门研究材料或者结构的断裂现象和断裂规律的新学科。
断裂力学的基础理论是连续介质力学，结合材料断裂试验，研究具有初始裂纹、缺陷等材料或构件承力时形状及结构的断裂变化。
1886年，纽约75米高的大型水塔在进行水压试验时意外断裂；第二次世界大战中，美国建造的近2000艘军舰中有250艘突然断裂；其他国家的铁桥、大型油罐、高压输气管等意外断裂事故也频频发生，迫使人们对断裂现象进行研究，断裂力学这门新学科应运而生。
断裂力学的内容起初仅为对高强度材料在外荷载作用下发生低应力破坏现象的分析研究。
为保证材料、构件的安全使用，后来发展到对材料及构件内裂纹的发生、发展到断裂过程的分析研究，并从微观层次上对材料机理进行深入研究。
断裂力学认为，物体意外断裂是由于物体含有裂纹缺陷并扩展造成的。
对含裂纹材料进行详尽研究，建立一套测试方法和分析计算方法，指出固体材料有裂纹缺陷存在，高强度材料中的裂纹往往容易扩张，导致断裂。
只有把断裂力学理论和传统的强度理论结合起来，才能更好地进行安全设计，避免发生事故。
如果发现材料或构件中有裂纹，盲目认为是绝对危险的，丢弃不用，会造成极大浪费。
利用断裂力学可掌握裂纹扩张规律，评定出构件的安全可靠性，使有裂纹的结构件在一定条件下还可安全使用一段时间。
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断裂力学研究的内容几乎完全是断裂为主的破坏。
1920年格里菲斯（Griffith）研究玻璃中裂纹的脆性扩展，成功地提出了以含裂纹体的应变能释放率为参量的裂纹失稳扩展准则，其内容是：结构体系内裂纹扩展，体系内总能量降低，降低的能量用于裂纹增加新自由表面的表面能，裂纹扩展的临界条件是裂纹扩展力(即应变能释放率)等于扩展阻力(裂纹扩展，要增加自由表面能而引起的阻力)。
很好地解释了玻璃的低应力脆断现象。
Griffith理论可用于估算脆性固体的理论强度，并给出了断裂强度与缺陷尺寸之间的正确关系。
1944年泽纳(Zener)和霍洛蒙(Hollmon)又首先把Griffith理论用于金属材料的脆性断裂。
不久欧文(1rwin)指出，Griffith的能量平衡应该是体系内储存的应变能与表面能、塑性变形所做的功之间的能量平衡，并且还指出，对于延性大的材料，表面能与塑性功相比一般是很小的。
同时把G定义为“能量释放率”或“裂纹驱动力”，即裂纹扩展过程中增加单位长度时系统所提供的能量，或裂纹扩展单位面积系统能量的下降率。
20世纪50年代，Irwin又提出表征外力作用下，弹性物体裂纹尖端附近应力强度的一个参量一应力强度因子，建立以应力强度因子为参量的裂纹扩展准则一应力强度因子准则(亦称K准则)。
其内容为：裂纹扩展的临界条件为K1：＝K1c，其中尺K1为应力强度因子，可由弹性力学方法求得，K1c为材料的临界应力强度因子或平面应变断裂韧度，可由试验测定。
Irwin的另一贡献是，他还指出，能量方法相当于应力强度方法。
1963年韦尔斯(Wells)发表有关裂纹张开位移(COD)的著名著作，提出以裂纹张开位移作为断裂参量判别裂纹失稳扩展的一个近似工程方法。
其内容是：不管含裂纹体的形状、尺寸、受力大小和方式如何，当裂纹张开位移δ达到临界值δc时，裂纹开始扩展。
δc是表征材料性能的常数，由试验得到。
对于韧性材料，短裂纹平面应力断裂问题，特别是裂纹体内出现大范围屈服和全面屈服情况可采用此法。
1968年赖斯(Rice)提出围绕含裂纹体裂纹尖端的一个与路径无关的回路积分，定义为二维含裂纹体的J积分。
J积分可用来描述裂纹尖端附近在非线性弹性情况下的应力应变场，建立J l＝J1c的断裂准则。
J1c为表征材料断裂韧性的临界J积分值，可由试验确定。
由于研究的观点和出发点不同，断裂力学分为微观断裂力学和宏观断裂力学。
微观断裂力学是研究原子位错等晶体尺度内的断裂过程，宏观断裂力学是在不涉及材料内部断裂机理的条件下，通过连续介质力学分析和试样的实验作出断裂强度的估算与控制。
宏观断裂力学通常又分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。
线弹性断裂力学是应用线性弹性理论研究物体裂纹扩展规律和断裂准则。
线弹性断裂力学可用来解决材料的平面应变断裂问题，适用于大型构件(如发电机转子，较大的接头，车轴等)和脆性材料的断裂分析。
线弹性断裂力学还主要用于宇航工业，因为在宇航工业里减轻重量是非常重要的，所以必须采用高强度低韧性的金属材料。
实际上对金属材料裂纹尖端附近总存在着塑性区，若塑性区很小(如远小于裂纹长度)，经过适当的修正，则仍可以采用线弹性断裂力学进行断裂分析。
目前，线弹性断裂力学已发展的比较成熟，但也还存在一些问题(如表面裂纹分析，复合型断裂准则，裂纹动力扩展等)有待进一步研究。
弹塑性断裂力学是应用弹性力学、塑性力学研究物体裂纹扩展规律和断裂准则，适用于裂纹尖端附近有较大范围塑性区的情况。
由于直接求裂纹尖端附近塑性区断裂问题的解析解十分
困难，目前多采用J积分法，COD法，R曲线法等近似或实验方法进行分析。
通常对薄板平面应力断裂问题的研究，也要采用弹塑性断裂力学。
弹塑性断裂力学在焊接结构缺陷的评定，核电工程的安全性评定，压力容器、管道和飞行器的断裂控制以及结构物的低周疲劳和蠕变断裂的研究方面起重要作用。
弹塑性断裂力学虽取得一定进展，但其理论迄今仍不成熟，弹塑性裂纹体的扩展规律还有待进一步研究。