金属力学性能与失效分析
金属材料失效分析案例PPT
04
案例四：金属材料脆性断裂 失效
失效现象描述
金属材料在无明显塑性变形的情况下 突然断裂，断口平齐，呈脆性断裂特 征。
断裂发生时，材料内部存在大量微裂 纹和空洞。
断裂前材料未出现明显的塑性变形， 无明显屈服现象。
失效原因分析
材料内部存在缺陷，如微裂纹、夹杂物等，降低 了材料的韧性。
金属材料在加工过程中受到较大的应力集中，如 切割、打孔等操作，导致材料内部产生微裂纹。
失效机理探讨
电化学腐蚀
金属材料与腐蚀介质发生 电化学反应，导致表面氧 化或溶解。
应力腐蚀
金属材料在应力和腐蚀介 质的共同作用下发生脆性 断裂。
疲劳腐蚀
金属材料在交变应力和腐 蚀介质的共同作用下发生 疲劳断裂。
03
案例三：金属材料热疲劳失 效
失效现象描述
金属材料表面出现裂 纹
疲劳断裂，即在交变 应力的作用下发生的 断裂
02
疲劳断裂通常发生在应力集中的 部位，如缺口、裂纹或表面损伤 处。
失效原因分析
金属材料在循环应力作用下，微观结 构中产生微裂纹并逐渐扩展，最终导 致断裂。
应力集中、材料内部缺陷或表面损伤 等因素可加速疲劳裂纹的萌生和扩展 。
失效机理探讨
金属疲劳断裂是一个复杂的过程，涉及微观结构、应力分布、材料缺陷等多个因素。
应力腐蚀开裂
在腐蚀介质和应力的共同作用下，焊接接头 处发生应力腐蚀开裂，裂纹扩展导致断裂。
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金属材料在低温环境下工作，材料的韧性下降， 容易发生脆性断裂。
失效机理探讨
金属材料的脆性断裂通常是由 于材料内部存在缺陷或应力集 中导致的微裂纹扩展。
在低温环境下，金属材料的韧 性下降，容易发生脆性断裂。
金属构件失效分析
磨损失效 当材料的表面相互接触或材料表面与流体接触 并作相对运动时，由于物理和化学的作用，材料表面的形状、 尺寸或质量发生变化的过程，称为磨损。由磨损而导致构件功 能丧失，称为磨损失效。磨损有多种形式，其中常见粘着磨损、 磨料磨损、冲击磨损、微动磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等。
2、引起失效的原因
• 设计不合理
如在急剧冷却的条件下浇注金属，可以避免在铸锭上部形 成集中缩孔。但在此情况下，液态金属与固态金属之间的体积 差仍保持一定的数值，虽然在表面上似乎已经“消除”了大的 缩孔，可是有许多细小缩孔即疏松，分布在金属的整个体积中。
钢材在锻造和轧制过程中，疏松情况可得到很大程度的改 善，但如由于原钢锭的疏松较为严重、压缩比不足等原因，则 在热加工后较严重的疏松仍会存在。图2-2(b)所示为2crl3钢热 轧后退火仍有黑色小点显示的中心疏松。此外，如原钢锭中存 在着较多的气泡，而在热轧过程中焊合不良，或沸腾钢中的气 泡分布不良，以致影响焊合，亦可能形成疏松。
• 选材不当及材料缺陷
金属装备及构件的材料选择要遵循使用性原则、加工工艺 性能原则及经济性原则，遵循使用性原则是首先要考虑的。使 用在特定环境中的构件，对可预见的失效形式要为其选择足够 的抵抗失效的能力。如对韧性材料可能产生的屈服变形或断裂， 应该选择足够的拉伸强度和屈服强度；但对可能产生的脆性断 裂、疲劳及应力腐蚀开裂的环境条件，高强度的材料往往适得 其反。在符合使用性能的原则下选取的结构材料，对构件的成 形要有好的加工工艺性能。在保证构件使用性能、加工工艺性 能要求的前题下，经济性也是必须考虑的。
1.4 失效分析与其他学科的关系
1.5 失效分析的历史发展状况
一般把失效分析的发展历史分为三个阶段，即失效分析的初 级阶段、近代失效分析阶段及现代失效分析阶段。
材料力学模型和失效分析方法
材料力学模型和失效分析方法材料力学模型和失效分析方法是材料科学与工程领域中非常重要的研究和实践内容。
通过建立适当的力学模型和采用合适的失效分析方法，可以揭示材料的力学行为和失效机制，为设计和制造高性能材料和组件提供科学依据。
本文将探讨材料力学模型和失效分析方法的基本概念、应用意义以及一些常见的模型和方法。
材料力学模型是描述材料的宏观力学行为的数学模型。
它通过几何形状、内部结构和材料特性等因素来描述材料的应力-应变关系。
材料力学模型可分为理论模型和经验模型两种。
理论模型是基于材料的微观结构和力学原理推导而来的，如弹性理论、塑性理论等。
经验模型是通过实验数据拟合得到的，对特定材料或特定条件下的力学行为进行近似描述。
常见的材料力学模型包括线性弹性模型、非线性弹性模型和塑性模型等。
线性弹性模型是最基本的材料力学模型之一。
它是建立在胡克定律的基础上，假设材料在小应变范围内具有线性的应力-应变关系。
这种模型适用于强度较高的刚性材料，如金属。
同样重要的是非线性弹性模型，它考虑了材料在大应变下的非线性行为。
这种模型常用于强度较低的柔性材料，如橡胶。
塑性模型则用于描述材料的可塑性行为，主要应用于塑性变形过程的分析和预测。
失效分析方法是在材料失效问题中应用的一系列分析技术。
它们通过观察、测试和计算等手段，对材料失效的机理进行研究和分析。
失效分析的目标是找出材料失效的原因和机制，以便采取相应的措施来避免或延缓失效。
常见的失效分析方法包括金相分析、断口分析和有限元分析等。
金相分析是通过对材料的显微组织进行观察和测试，来了解材料的组织特征和性能状况。
通过金相分析，可以得出材料的晶体结构、晶界、相含量和多相分布等信息，从而推断失效的机理和形态。
断口分析是通过对材料的断口形貌进行观察和分析，来了解材料失效的形式和机理。
不同的断口形貌反映了不同的失效方式，如脆性破裂、韧性断裂和疲劳断裂等。
有限元分析是一种基于数值计算的方法，通过模拟材料的力学行为和受力状态，预测材料的应力分布和变形情况。
金属材料力学性能测试规范
金属材料力学性能测试规范一、金属材料力学性能测试的重要性金属材料的力学性能是指材料在受到外力作用时所表现出的特性，包括强度、硬度、韧性、塑性等。
这些性能直接影响着材料在实际应用中的可靠性和安全性。
例如，在建筑领域，钢材的强度决定了建筑物的承载能力；在机械制造中，零部件的硬度和韧性关系到其使用寿命和运行稳定性。
因此，通过科学、规范的测试方法获取准确的力学性能数据，对于材料的选择、设计和质量控制具有重要意义。
二、常见的金属材料力学性能测试项目1、拉伸试验拉伸试验是评估金属材料强度和塑性的最基本方法。
通过对标准试样施加逐渐增加的轴向拉力，测量试样在拉伸过程中的变形和断裂特性。
主要测试指标包括屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率等。
2、硬度试验硬度是衡量金属材料抵抗局部变形能力的指标。
常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
硬度测试可以快速、简便地评估材料的硬度分布和加工硬化程度。
3、冲击试验冲击试验用于测定金属材料在冲击载荷下的韧性。
通过使标准试样承受一定能量的冲击，观察试样断裂的情况，计算冲击吸收功，以评估材料的抗冲击性能。
4、疲劳试验疲劳试验模拟材料在交变载荷作用下的失效行为。
通过对试样进行多次循环加载，记录试样发生疲劳破坏的循环次数，从而评估材料的疲劳强度和寿命。
三、测试设备和仪器1、万能材料试验机万能材料试验机是进行拉伸、压缩、弯曲等力学性能测试的主要设备。
它能够精确控制加载速率和测量试样的变形。
2、硬度计根据不同的硬度测试方法，选择相应的硬度计，如布氏硬度计、洛氏硬度计、维氏硬度计等。
3、冲击试验机冲击试验机用于进行冲击试验，常见的有摆锤式冲击试验机和落锤式冲击试验机。
4、疲劳试验机疲劳试验机专门用于进行疲劳性能测试，包括旋转弯曲疲劳试验机、轴向疲劳试验机等。
四、试样制备试样的制备是保证测试结果准确性的关键环节。
试样的尺寸、形状和加工精度应符合相关标准的要求。
1、拉伸试样通常采用圆形或矩形截面的试样，其标距长度、直径或宽度等尺寸应根据材料的种类和测试标准进行确定。
金属材料失效分析报告
金属材料失效分析报告1. 引言金属材料在各个领域中扮演着重要的角色，但在长期使用过程中，由于各种原因可能会出现失效现象。
本报告旨在对金属材料失效进行分析，找出失效原因，并提出相应的解决方案。
2. 背景金属材料失效是指金属材料在使用过程中出现性能下降、功能丧失或完全损坏的情况。
失效可能由多种因素引起，包括材料本身的缺陷、外界环境的影响以及使用条件的变化等。
了解失效的原因对于改进材料性能和延长材料寿命具有重要意义。
3. 失效原因分析3.1 材料缺陷金属材料在制备过程中可能存在一些内在的缺陷，如晶体结构缺陷、晶界缺陷和孔洞等。
这些缺陷可能导致材料的机械性能、化学性能或导电性能下降，从而引起失效。
3.2 外界环境影响外界环境对金属材料的影响也是导致失效的重要原因之一。
例如，金属材料在高温、高湿度或腐蚀性环境中容易发生氧化、腐蚀和脆化等反应，从而导致失效。
3.3 使用条件变化金属材料的使用条件变化也会对其性能产生影响，进而导致失效。
例如，金属材料在受到过大的载荷或振动时可能会发生疲劳失效；在温度变化较大的情况下，热膨胀会导致应力集中，从而引发失效。
4. 失效分析方法为了确定金属材料失效的具体原因，通常采用多种分析方法。
以下是常用的几种分析方法：4.1 金相分析金相分析是通过对金属材料的显微组织进行观察和分析来确定失效原因的一种方法。
通过金相分析，可以了解材料的晶体结构、晶界状况、缺陷情况等，从而找出可能导致失效的因素。
4.2 化学分析化学分析可以确定金属材料的成分，包括主要元素和杂质元素的含量。
通过分析材料的成分，可以判断是否存在元素偏析、化学反应等导致失效的原因。
4.3 力学性能测试力学性能测试可以评估金属材料的强度、韧性、硬度等机械性能。
通过测试，可以了解材料的性能是否达到设计要求，从而判断失效是否与机械性能有关。
4.4 环境试验环境试验是通过模拟实际使用条件，暴露金属材料在不同环境下，观察其性能变化和失效情况。
金属构件失效分析
03
金属构件失效案例分析
案例一：疲劳失效
总结词
疲劳失效是金属构件最常见的失效形式之一，由于在循环应力或交变应力的作用下，金属构件逐渐产生疲劳裂纹 并扩展，最终导致断裂。
详细描述
疲劳失效通常发生在承受循环应力或交变应力的金属构件中，如发动机曲轴、齿轮等。疲劳裂纹通常起源于构件 表面或亚表面，裂纹扩展过程中会受到应力集中的影响，如缺口、划痕等。疲劳失效的原因包括材料缺陷、应力 集中、温度变化等。
05
结论
金属构件失效分析的意义
保障工业安全
通过对金属构件失效进行分析，可以及时发现潜在的安全隐患， 避免因构件失效导致的工业事故。
提高产品质量
通过失效分析，可以找出产品设计、制造或使用过程中的问题，为 改进产品提供依据，提高产品质量。
促进科技进步
失效分析涉及多个学科领域，如材料科学、力学、化学等，对促进 相关学科的科技进步具有重要意义。
金属构件失效分析
目 录
• 引言 • 金属构件失效分析方法 • 金属构件失效案例分析 • 金属构件失效预防措施 • 结论
01
引言
主题简介
金属构件失效分析是一门研究金属构 件失效原因、失效模式和失效机理的 学科。
它涉及到材料科学、力学、腐蚀科学 等多个领域，对于保障金属构件的安 全可靠性和延长其使用寿命具有重要 意义。
THANK YOU
严格控制加工过程
确保金属构件在加工过程中不受损伤 ，如防止过度切割、弯曲或冲压，以 减少应力集中和微裂纹的形成。
定期进行维护和检查
制定维护计划
根据金属构件的使用环境和条件，制定合理的维护计划，包括定期清洁、涂层保护和紧 固件检查等。
定期检查与监测
工程材料作业第五、六章
第五章金属材料的主要性能1 金属材料的力学性能指的是什么性能？常用的力学性能包括哪些方面的内容？答：金属的力学性能是指在力的作用下，材料所表现出来的一系列力学性能指标，反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力。
主要包括：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳等。
2 衡量金属材料强度、塑性及韧性常用哪些性能指标？各用什么符号和单位表示？答：衡量金属材料的强度指标为：比例极限σp、弹性极限σe、弹性模量E、屈服强度σs、抗拉强度σb、屈强比σs/σb。
衡量金属材料的塑性指标为：延伸率δ、断面收缩率ψ。
衡量金属材料的韧性指标为：冲击韧性指标：冲击吸收功Ak；断裂韧性指标：断裂韧度。
3、硬度是否为金属材料独立的性能指标？它反映金属材料的什么性能？有5种材料其硬度分别为449HV、80HRB 、291HBS 、77HRA 、62 HRC，试比较五种材料硬度高低。
答：硬度不是金属材料的独立性能（它与金属抗拉强度成正比），是反映材料软硬程度的指标，表征材料表面抵抗外物压入时所引起局部塑性变形的能力。
80HRB<291HBS<449HV<77HRA <62HRC。
4、为什么说金属材料的力学性能是个可变化的性能指标？答：（1）温度的改变会影响金属的塑性，而塑性与韧性和强度、硬度有关，则改变温度会导致力学性能改变；（2）不同的承载情况会改变材料的力学性能，如很小的交变载荷也可使钢丝折断；不同的加工工艺也会改变材料的力学性能（为了使材料有不同的性能来满足我们的需要，就用了回火、淬火、正火等加工工艺）。
5、金属材料的焊接性能包括哪些内容？常用什么指标估算金属材料的焊接性能？答：金属的焊接性能：①接合性能：金属材料在一定焊接工艺条件下，形成焊接缺陷的敏感性。
②使用性能：某金属材料在一定的焊接工艺条件下其焊接接头对使用要求的适应性，也就是焊接接头承受载荷的能力。
金属的焊接性能指标：碳当量、冷裂纹敏感系数。
金属力学性能总结
金属力学性能总结引言金属是一类常见的材料，具备优异的力学性能，包括强度、韧性、塑性等。
本文将从这些方面对金属的力学性能进行总结和分析。
强度抗拉强度抗拉强度是衡量金属材料抵抗拉力的能力。
常见的金属材料如钢、铝等都具有较高的抗拉强度，这使得它们能够承受外部拉力而不或较少发生破坏。
通过拉伸试验可以获得金属材料的抗拉强度，该试验会在材料上施加一个逐渐增大的拉力，直到发生断裂。
抗压强度抗压强度是衡量金属材料抵抗压缩力的能力。
金属材料在某些应用中需要能够承受压缩力，例如桥梁的支撑柱等。
抗压强度一般低于抗拉强度，但仍然是关键的力学性能指标之一。
屈服强度屈服强度是指金属材料在受到一定应力作用后开始发生可观察到的形变所需要的应力值。
常见的金属材料会在屈服点处开始变形，接着进入塑性变形阶段。
屈服强度可以用来衡量材料的可塑性，即其允许的形变程度。
韧性韧性是指金属材料抵抗断裂的能力。
在金属力学中，韧性是一个重要的参数，特别是在应对冲击载荷时。
韧性取决于金属材料的断裂韧性和延展性。
断裂韧性是指材料在发生断裂前能够吸收的冲击能量的能力。
而延展性则是指材料的塑性变形能力。
塑性塑性是金属材料特有的力学性能，指的是材料在受到外力作用时能够发生可逆性变形的能力。
金属材料在塑性变形时会以晶粒滑移和晶格变形为主要方式，这使得金属能够在应力下承受较大的形变而不断裂。
塑性是金属工程中的重要性能参数，能够导致材料的加工性能和使用寿命的改变。
总结金属材料具备较高的强度、韧性和塑性。
强度方面，金属能够承受拉力和压力的能力很强，具备较高的抗拉强度和抗压强度。
韧性方面，金属能够抵抗断裂，具备较高的断裂韧性和延展性。
塑性方面，金属能够发生可逆性变形，具备较高的塑性能力。
这些力学性能使得金属在工程应用中得以广泛应用，如建筑、机械制造、航空航天等。
以上是对金属力学性能的简要总结，希望能够对读者对金属材料有较为全面的了解。
参考文献：1.Callister, William D., and David G. Rethwisch. MaterialsScience and Engineering: An Introduction. Wiley, 2014.2.Meyers, Marc A., Krishan K. Chawla, and Manoj K. Chawla.Mechanical Metallurgy: Principles and Applications. CambridgeUniversity Press, 2012.。
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五，金属的断裂韧性传统的机械设计是建立在一个基本假设的基础上，即认为材料是连续的、均匀的、各项同性的可变形体。
设计构件时不仅要满足强度、刚度和稳定性这三点要求，同时还要满足成本低、重量轻、耗能小、容量大的要求。
而原来的传统设计方法已不能合理的解决以上问题，断裂力学则是为适应这一要求而发展起来的学科，是现代强度学科的重要组成部分。
断裂力学是从实际材料中存在缺陷和裂纹出发，把构建看成是连续和间断的统一体。
研究带裂纹材料中裂纹拓展的规律，分析裂纹尖端应力、应变分布，并建立断裂判据，用以解决工程构建中的低应力脆性断裂问题。
这一整套计算方法和设计原则，使工程中低应力脆断得到合理的说明和解决，使灾难性事故减少发生。
宏观断裂理论包括线弹性断裂理论和弹塑性断裂理论。
线弹性断裂理论主要研究脆性断裂。
而脆性断裂主要以格里菲斯（Griffith）理论为基础。
格里菲斯关系式是根据弹性材料和非常尖锐裂纹的应力分布推导出来的。
平面应力下的格里菲斯公式为：σ=（5-1）平面应变下的格里菲斯公式：σ=5-2）式中σ—工作应力；E—弹性模量；a—裂纹半长；r s ——比表面能；图5-1 裂纹扩展三种类型a-张开型；b-滑开型；c-撕开型5.1.1应力强度因子5.1.1.1 裂纹扩展方式根据裂纹面的位移方式，将裂纹分为三种类型：Ⅰ型或张开型（拉伸型）；Ⅱ型或滑开型（面内剪切型）；Ⅲ型或撕开型（面外剪切型）；如图5-1所示。
5.1.1.2裂纹尖端的应力场和位移场（1）Ⅰ型裂纹尖端的应力分量，如图5-2所示。
)23s i n 2s i n 1(2c o s 2y θθθπσ+=r K I23c o s 2s i n 2c o s 2θθθπτr K I xy =图5-2 双向拉伸作用下的格里菲斯裂纹图5-3 Ⅱ型Griffithlith 裂纹Ⅰ型裂纹中y σ是引起断裂的关键性的应力。
当0=θ时，则r K Iy πσ2= )23sin 2sin 1(2cos 2x θθθπσ-=r K I（2）Ⅰ型裂纹尖端的位移分量。
在平面应变状态下x 方向和y 方向的位移为 )2s i n 21(2c o s 2r GK 2I θθπμ+-=v)2c o s 22(2s i n 22θνθπν--=r G K I在平面应力状态下x 方向和y 方向的位移为 ]2sin )1(21[2cos 2r G K 2Iθθπμ++-=v v]2s i n )1(22[2c o s 22θθπν++-=v v r G K I式中 K I —Ⅰ型裂纹应力强度因子；G —材料的剪切模量；ν—泊松比；μ，ν—分别为x 方向和y 方向的位移；θ，r —P 点的极坐标，由它们确定P 点相对于裂纹顶端的位置；σ—远离裂纹并与裂纹面平行的截面上的正应力。
图5.3Ⅲ型格里菲斯裂纹5.1.1.3应力强度因子上面叙述的各应力分量都分别含有共同的因子K I 、K 和K III ，它们分别为I 型、II 型和III 型裂纹顶端应力场强度因子，简称应力强度因子。
5.3.2 试样制备5.3.2.1 取样部位及尺寸要求试样取向应是对裂纹最敏感的取向。
例如凝固时形成的柱状晶，轧制时形成的纤维状组织等等都对KIC 有很大影响；因此要特别注意材料的各向异性、材料冶金、机械加工的主方向或晶粒变形方向。
要尽可能使试样的裂纹面取向与实际结构中的裂纹面取向一致。
从原材料上取样时要注明裂纹面取样的方位。
选择试样形状尺寸时，首先要试样断裂行为是线弹性的，要使其处于平面应变状态及三向拉应力状态312()σνσσ=+。
为得到有效的KIC 值，必须满足有效性条件。
试样各部位尺寸（对三点弯曲试样）按下式选取22.5IC S B K a W a σ⎛⎫≥ ⎪⎝⎭- （5-90）式中 a ---- 裂纹半长；B------ 试样厚度；W----- 试样宽度，W=2B ；（W-a ）----- 韧带宽。
标准三点弯曲试样，其跨度S=4W ，即W=2B 。
而非标准三点弯曲试样24W B ≤≤，a W 应在0.45~0.55之间，S W =3或SW =3.5。
公式5-90中的KIC 是类似被测料的KIC 值，通常称估计KIC 值。
纹顶端张开位移即COD 理论；其二是从裂纹拓展能量率G1 发展起来的J 积分理论。
有关各种判据还在进一步探讨和发展中。
5.1.1.3 应力强度因子上面叙述的各应力分量中都分别含有共同的因子K Ⅰ 、K Ⅱ和K Ⅲ ，它们分别成为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型列纹顶端应力场强度因子，简称应力强度因子。
对于裂纹顶端任意给定点，只要其坐标r 、θ有确定值，该点应力分量则完全取决于应力强度因子。
因此应力强度因子的大小就确定了列纹顶端各点的应力大小。
它表明在名义应力作用下，含裂纹体处于弹性平衡状态时，裂纹顶端附近应力场的强弱，可作为判断裂纹是否将进入失稳状态的的一个指标。
较复杂裂纹体的应力强度因子往往是不易寻求的。
下面介绍应力强度因子的基本参量和常用的表达式。
A 应力强度因子的基本参量Ⅰ 型裂纹I K Y =Ⅱ型纹 II K Y =（5-12） 有中心穿透裂纹的无限大板YⅢ 型裂纹 III K Y =式中Y —与裂纹形状加载方式及试样几何因素有关的无量纲系数；σ—工作正应力；τ—工作切应力；a —裂纹半长。
应力强度因子的量纲为力×32()-长度。
其国际单位为12.MPa m 。
图5-5叠加原理ν——泊松比，金属材料大致在0.25~0.33之间。
格里菲斯公式对理想脆性体是有效的。
因为它的表面能和断裂能差别不大。
且上面的关系式只能看做是构件破坏的必要条件而不是充分条件。
为使局部应力超过内聚强度，裂纹顶端半径必须与原子半径同一数量级。
1948年欧文（）指出，格里菲斯型的平衡必须存在于载荷功、材料储存的弹性应变能、塑性变形功和表面能的变化之间。
并且认识到，对于塑性材料，抵抗表面张力做的功要比抵抗塑性变形功小得多。
1955年和1957年欧文又指出能量观点相当于一种应力强度观点，当裂纹顶端应力强度因子到达临界强度时（即材料断裂韧度值），便发生断裂。
一般可把应力强度因子I K 写成下列形式：I K Y = （5-3）σ— 工作应力；a — 裂纹半长；Y — 几何形状因子，是无量纲系数。
应力强度因子在分析静态剩余强度时，疲劳裂纹拓展和应力腐蚀等问题上成为断裂力学的主要内容。
但是实际的工程构件都是金属材料制成的。
而这些金属构件断裂时，其断裂能要比表面能大几个数量级。
使裂纹顶端发生塑性变形，因此塑性变形是组织裂纹扩散的重要因素。
弹塑性理论研究裂纹顶端处于屈服状态，即以韧性状态断裂为研究的基本形态，它包括小范围屈服断裂，大范围屈服断裂，和全面屈服断裂。
小范围屈服断裂是指塑性区尺寸比裂纹尺寸小得多的断裂现象，一般屈服区尺寸比裂纹尺寸小一个数量级，可用弹性理论近似处理。
大范围屈服是指裂纹尖端屈服区尺寸接近裂纹尺寸的断裂现象。
裂纹前沿达到全面屈服时的断裂成为全屈服断裂。
对大范围屈服和全屈服断裂，不但线弹性理论不能成立，而且也不能进行简单的所谓塑性区修正，从而发展了弹塑性断裂力学。
弹塑性断裂力学主要有两种理论：其一是从应力强度因子I K 发展起来的5.3.2.3 预制疲劳裂纹A 引发疲劳裂纹缺口的形状一般疲劳裂纹引发缺口有四种形状。
为便于在低应力强度水平下产生疲劳裂纹，机械缺口可采用末端为V 型缺口的直通型狭缝，其根部半径应在0.08mm 以下；也可采用末端为山形缺口，其根部半径应在0.25mm 以下；或采用机械缺口末端是圆孔形，但必须在圆孔末端提供一个尖锐的应力集中源，应力集中源的位置可满足裂纹面取向的要求；第四种就是用钼丝切削的缺口。
缺口宽度必须小于1.6mm 如图5-29所示。
开出机械缺口的试样，在高频疲劳试验机（104~106总循环周次）上预制疲劳裂纹，裂纹长度（裂纹引发缺口加疲劳裂纹的总长）应在0.45~0.55W 之间。
疲劳裂纹长αf 不小于1.5mm,而且αf ＞0.05α.B 预制裂纹时的应力强度因子预制疲劳裂纹开始的最大疲劳载荷max f P 应使应力强度因子的最大值不超过KIC 估计值的80%，最大疲劳载荷max f P 与疲劳载荷最小值min f P 之比在0.1~ -1之间。
预制疲劳裂纹用正弦波加载，频率不超过100Hz ，总循环周次为104~106 次。
疲劳裂纹拓展最后阶段，即在 2.5%αf 的距离内，应使疲劳循环应力强度因子最大值max 60%f IC K K ≤（KIC 是估计值），并且使得max f K E ＜11220.00032(0.01)m mm ，maxmin f f P P 在0.1~ -1之间。
预制疲劳裂纹应使试样两侧裂纹对称拓展，否则将试样转180°使试样两侧裂纹对称。
当在温度T1 下预制疲劳裂纹，在温度T2下作断裂韧度试验时，应控制max f K 不超过120.20.20.6()r IC r K σσ（KIC 是估计值）；10.2r σ和20.2r σ分别为材料在温度下和温度T2 时的规定残余伸长应力。
5.3.2.4 试验结果分析及处理A 确定裂纹失稳拓展载荷Pq由于试样厚度与材料韧性不同，测得载荷P 与裂纹嘴张开位移V 的关系曲线也不同，一般P-V 曲线有三种类型 如图5-30 所示。
从P-V 曲线上确定Pq 的方法是，先从原点O 作一相对直线OA 部分斜率减少5%的割线来确定裂纹拓展2%时的相应载荷P5 。
若P5以前没有比它大的高峰值，则Pq= P5 (如图5-30曲线Ⅰ)；若P5以前有比它大的高峰值，则这个高峰值为Pq (如图5-30曲线Ⅱ、Ⅲ)。
B 试样断裂后，测裂纹长α将压断的试样在工具显微镜或其他精密测量工具下测量裂纹长度α,测量精度0.01mm 。
由于裂纹前缘不平直，规定测量14B ，12B 和34B 三处的裂纹长度α2、α3、α4 （如图5-31所示），并取三条裂纹长的平均值a 作为裂纹长。
a = 13（α2 +α3 +α4） （5-91）α2 、α3和α4 中的任意两个测量值之差不能大于α的10%。
对于山形缺口（图5-29中（α）所示），试样表面上的裂纹α1 、α5 应从山形缺口根部产生。
α5 与a 之差不得大于10%，且α1、α5 之差也不得大于a 15%，α1、α5 之差也不得大于10%。
裂纹面还应与BW 平面平行，偏差在10±︒以内。
C 计算条件断裂韧度Kq将Pq 和α值代入应力强度因子公式计算Kq 。
对于标准三点，弯曲试样按式5-17计算，其中S=4W 。
对于紧凑拉伸试样按式5-18计算。
对于S=3.5W 的非标准三点弯曲试样按下式计算q 132()q P Sa K f W BW =1221()[1.8620.875(0.475)]sec ()22a a a a f tg W W W W ππ=+- （5-92）对于S=3W 的非标准三点弯曲试样按下式计算1222()[1.839 1.00(0.465)]sec ()22a a a a f tg W W W W ππ=+- D 判断Kq 有效性当Kq 满足下列条件时，条件断裂韧度Kq 就是材料断裂韧度K ⅠCq 232()q P S a K f W BW =max q 1.10P P ≤(5-94)2q0.22.5rKBσ⎛⎫≥ ⎪⎝⎭(5-95)公式5-94使用来避免由于试样尺寸全面不足，而Kq<KIC,然而却有可能出现实际上不满足2IC0.22.5rKBσ⎛⎫≥ ⎪⎝⎭而满足公式5-90的假象。