断裂力学的发展与研究现状

断裂力学的研究分析

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断裂力学的研究分析
李宗霖山东师范大学附属中学（幸福柳校区）
摘要：随着社会的不断发展，各类构件的应用范围也逐步扩大，构件的负荷要求也越来越高，进而出现了一系列的问题，其中最为常见
的就是构件的断裂， —旦构件发生断裂，会对大众的安全和工业的发展造成不良影响。本文就断裂力学的研究结果进行了阐述。关键词：断裂力学发展研究分析
断裂力学是分属固体力学范畴内的新兴学科，主要研究材料
断裂动力学分属断裂力学在考虑受载物体各方惯性的基础上，
和工程结构中裂纹产生和扩展的规律。断裂力学所说的裂纹既包用连续介质力学的方法研究相关固体物在高速加载或裂纹高速扩括工程施工中出现的宏观的、肉眼可见的裂纹，也包括工程材料中展条件下的裂纹扩展和断裂规律。例如，脆性材料在加工、碰撞和天然气管道的破裂情况等都可以借助断裂动的各种近似于裂纹的缺陷。断裂力学主要研究裂纹的起裂条件、裂冲击下的破坏规律、纹在外部载荷作用下的扩展过程、使物体会发生断裂的裂缝级别、裂纹结构硖坏的条件以及结构可承受的最大裂纹度等内容，是结构损伤容限设计的理论基础，在工程施工领域应用非常广泛。
１线弹性断曩力学
力学的理论来分析和处理。
ｊ．１断裂动力学研究的内容
３．１．１断裂准则

浅谈断裂力学的发展与研究现状_单丙娟

浅谈断裂力学的发展与研究现状X单丙娟(大庆市三环钻井工程有限公司) 摘　要:本文通过对断裂力学的创立和发展的讨论,进一步说明科学技术与生产实践的进步是断裂力学产生的根本原因,继承和突破是断裂力学发展的基本途径,断裂力学的发展与生产实践紧密相关为基本论点,以及对新材料断裂理论的探索与对未来断裂力学的展望。

关键词:断裂力学;基本理论;断裂准则;发展;现状断裂力学是近几十年才发展起来的一支新兴学科,也是固体力学的新分支,是二十世纪六十年代发展起来的一门边缘学科。

它从宏观的连续介质力学角度出发,研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件作用下宏观裂纹的扩展、失稳开裂、传播和止裂规律。

断裂力学应用力学成就研究含缺陷材料和结构的破坏问题,由于它与材料或结构的安全问题直接相关,因此它虽然起步晚,但实验与理论均发展迅速,并在工程上得到了广泛应用。

它不仅是材料力学的发展与充实,而且它还涉及金属物理学、冶金学、材料科学、计算数学等等学科内容。

断裂力学的创立对航天航空、军工等现代科学技术部门都产生了重大影响。

随着科学技术的发展,断裂力学这门新的学科在生产实践中得到越来越广泛的应用。

1　断裂力学的发展十七世纪以来,工程构件的安全可靠性与材料的经济性这对矛盾的解决是材料力学的主要任务之一,在某种意义上讲,构件的安全可靠性是需要首先考虑的,只有在确信构件安全可靠的前提下,人们才能去考虑构件材料的经济性。

在没有新的理论之前,在材料力学中,对于某一构件来说,用传统的强度计算来确保其安全可靠性。

但是,近几十年来,世界各国生产实践表明,按传统的强度理论设计的构件,虽然满足了强度计算,有时也会意外地发生低应力断裂破坏事故,无情的事实尖锐地揭示了人们长久以来使用的传统强度理论的局限性。

随着工业生产的发展,高强度钢结构、大型锻件和焊接结构等使用越来越广泛。

在实际使用中,这些结构常常发生意外的低应力脆性断裂事故。

所以材料的脆断越来越引起了人们的重视。

断裂力学的发展与及应用

断裂力学的发展与及应用机械四班第一小组指导老师：胡xx摘要断裂力学这一固体力学的新分支就是二十世纪六十年代发展起来的一门边缘学科。

它不仅是材料力学的发展与充实,而且它还涉及金属物理学、冶金学、材料科学、计算数学等等学科内容。

断裂力学的创立对航天航空、军工等现代科学技术部门都产生了重大影响。

随着科学技术的发展,断裂力学这门新的学科在生产实践中得到越来越广泛的应用。

以此同时,断裂力学也得到不断地发展和充实。

关键词发展史现状应用1.发展简史近几十年来,世界各国生产实践表明,按传统的强度理论设计的构件,虽然材料强度满足了许用应力,有时也会意外地发生低应力断裂破坏事故,无情的事实尖锐地揭示了人们长久以来使用的传统强度理论的局限性。

人们通过对断裂事故的分析和大量的实验研究,说明低应力脆性断裂总是由裂纹扩展所导致的。

这就催生了断裂力学的产生。

经典断裂力学包括线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、断裂动力学、刚塑性断裂力学、粘弹性断裂力学、断裂动力学、复合材料断裂力学等分支．从宏观的连续介质力学角度出发，研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件(荷载、温度、介质腐蚀、中子辐射等)作用下宏观裂纹的扩展、失稳开裂、传播和止裂规律。

2.发展现状2.1现存矛盾由于是一门新学科，断裂力学现在还存在的一些问题。

经典断裂力学源于Griffith的断裂理论，是建立在奇异性基础上的，即均基于裂纹顶端应力与应变为无限大的模式展开的．弹性力学求出的应力分量，在裂纹顶端处为无限大，即所谓的奇异性。

奇异性断裂力学在物理上存在本质的缺陷，其一，在实际中发现的裂纹，其上、下表面间距，以及裂纹顶端曲率半径，都是有限值，不等于零；其二，实际裂纹，即使在裂纹顶端，应力与应变均为有限值，不存在所谓应力与应变的奇异性．这样，基于数学尖裂纹和应力奇异性的物理量缺乏坚实的物理基础．为了完善理论，可采用比较符合真实情形的半圆形顶端的钝裂纹(或切VI)模型，但钝裂纹的曲率半径的测量需要用金相的方法来测出，这又促使了金相断裂力学的发展。

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。

ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ＴｈｉｓＰ印ｅｒｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｙａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｃｉｔｒｅｉｏｒｎｆｏｌｉｎｅａｒｅｌａｓｔｉｃｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈｎｉａｃｓ，ｅｌａｓｔｉｃ－ｐｌａｓｔｉｃｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ｆｒａｃｔｕｒｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｃｌａｓｓｉｃａｌｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈｎｉａｃｓ，Ａｂｉｅｒｆｔａｌｋａｂｏｕｔｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｓｉｎｇｕｌａｉｔｒｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃｓｉｓａｎｅｗｂｒａｎｃｈｏｆｓｏｌｉｄｍｅｃｈａｎｉｃｓｗｈｉｃｈｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎ５０＂ｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｍａｔｕｉｒｔｙｏｆｆｒａｃｔｕｒｅ
２．２弹塑性断裂力学１９６５年Ｗｅｌｌｓ（威尔斯）目在大量实验的基础上．提出以裂纹尖端的

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。

断裂力学的研究进展和现状周刚

断裂力学的研究进展和现状周刚发布时间：2021-08-09T06:37:53.384Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第8期作者：周刚[导读] 本文还介绍了宏、微观断裂力学的发展动态，对两者的研究方法进行比较分析，得出异同及结合点。

身份证号：61012519810308xxxx摘要：本文在梳理有关断裂力学的主要著作、国内外主要会议的基础上，介绍了断裂力学理论的研究进展与发展现状，主要涵盖以下方面，即断裂力学的起源与发展动态，断裂力学主要试验标准分析和总结，断裂力学的主要工业应用领域及评估标准分析，数值模拟技术在断裂力学中的应用。

本文还介绍了宏、微观断裂力学的发展动态，对两者的研究方法进行比较分析，得出异同及结合点。

关键词：断裂力学，研究进展，现状1、断裂力学的概述断裂力学是为解决机械结构断裂问题而发展起来的力学分支，是近几十年才发展起来的一支新兴学科。

它将力学、物理学、材料学及数学、工程科学紧密结合，从宏观的连续介质力学角度出发，研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件(荷载、温度、介质腐蚀、中子辐射等)作用下宏观裂纹的扩展、失稳开裂、传播和止裂规律[1]。

断裂力学的关注点在于如何建立评定带缺陷或裂纹运行的机械结构的安全性标准以及怎样预防断裂事故的产生。

虽然它起步较晚，但随着当今社会的快速发展，已经在航空航天、桥梁、铁路、船舶等工程领域得到了广泛地应用。

2、断裂力学的起源与发展动态早在1920年，英国的物理学家Griffith在对玻璃的断裂研究中就提出了断裂力学概念[2]。

随后，他提出了能量释放率理论，这奠定了断裂力学的基础。

此后，有许多学者都开始致力于对格氏理论研究的发展。

1960年，Irwin在经过实验计算后建立了临界应力强度因子准则，进而奠定了线弹性断裂力学的理论基础[3]。

我国对于断裂力学的研究可追溯到二十世纪。

20世纪40年代，李四光出版的专著《地质力学之基础与方法》中应用Griffith的断裂理论以解释地质学中断层运动与地震现象[4]。

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。

断裂与损伤力学的发展及应用

断裂与损伤力学的发展及应用断裂力学是固体力学的新分支，断裂力学作为一门真正的学科，还只是近十几年的事。

但它发展异常快速，是目前固体力学中最活跃的一个分支，在许多工程技术部门都产生了重大的影响，体现了它巨大的生命力量，已经被广泛地用来解决各种工程实际问题。

在国内外都有不少应用断裂与损伤力学解决工程成功的案例。

随着科技的发展，我们逐渐的把断裂与损伤力学应用到了混凝土的领域，并也取得了一定的成就。

由于断裂力学还是新兴学科，历史还比较短，在实践方面还有很多经验不足。

标签：断裂与损伤力学；基本理论；断裂准则断裂与损伤力学作为一门真正的学科，还只是近十几年的事。

在最近的几十年里，在第二次世界大战之后，随着设备和结构的大型化、设计应力的提高、高强度和超高强度材料的使用、焊接工艺的普遍采用以及设备与结构使用条件的严酷化（温度、介质、原子辐照、栽荷变动等），常规强度理论发生不合理的情况日益变多。

按原来的理论思想设计的设备或结构，会在短期内发生灾难性的破坏。

断裂力学应用力学起步于结构和材料，由于断裂与损伤力学与结构和材料直接相关，虽然历史很短，但已经解决了不少的工程实际问题。

损伤力学只是固体力学的一个分支学科，是遇到实际工程意义而产生的。

它经历了从无到有的过程，是一个非常热门的学科。

1、断裂力学和损伤力学的应用1.1 岩石断裂与损伤力学岩石破坏类型可以分为纵向破坏、剪切破坏、拉伸破坏。

纵向破坏主要是在极限抗压情况下，产生与轴向一致的裂缝，与受力方向一致。

在围压和轴压的共同作用下会出现剪切变形，裂缝与主应力方向呈现一定的夹角就是剪切变形。

这种破坏类型大都出现在地表断层和地震受损的房层中。

拉伸破壞是在轴对称中心受拉所产生的破坏，破坏面有很明显的分离，破坏面与破坏面之间有较大的错层。

岩石断裂力学是研究岩石介质的不均匀性对结构的破坏程度的大小，因此它要面临受压、受拉等多种不同情况。

在实验过程中，闭合裂纹大都是受压过程产生的，闭合裂纹有以下特征：1）剪切破坏，是因为两个裂纹面之间只产滑移。

弹塑性断裂力学

《弹塑性断裂力学》一、断裂力学研究现状与进展断裂力学是近几十年才发展起来的一支新兴学科，也是固体力学的新分支，是二十世纪六十年代发展起来的一门边缘学科。

它从宏观的连续介质力学角度出发，研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件作用下宏观裂纹的扩展、失稳开裂、传播和止裂规律。

断裂力学应用力学成就研究含缺陷材料和结构的破坏问题，由于它与材料或结构的安全问题直接相关，因此它虽然起步晚，但实验与理论均发展迅速，并在工程上得到了广泛应用。

它不仅是材料力学的发展与充实，而且它还涉及金属物理学、冶金学、材料科学、计算数学等等学科内容。

断裂力学的创立对航天航空、军工等现代科学技术部门都产生了重大影响。

随着科学技术的发展，断裂力学这门新的学科在生产实践中得到越来越广泛的应用。

断裂力学包括线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、刚塑性断裂力学、粘弹性断裂力学、断裂动力学、复合材料断裂力学等分支。

断裂力学的发展主要是线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、断裂动力学这三种经典断裂力学的发展。

1921年,Griffith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。

1955年，Irwin用弹性力学理论分析了裂纹尖端应力应变场后提出了对于三种类型裂纹尖端领域的应力场与位移场公式。

弹塑性断裂与脆性断裂不同，在裂纹开裂以后出现明显的亚临界裂纹扩展(稳态扩展),达到一定的长度后才发生失稳扩展而破坏.而脆性断裂无明显的临界裂纹扩展，裂纹开裂与扩展几乎同时发生。

弹塑性断裂准则分为两类，第一类准则以裂纹开裂为根据，如COD准则，J积分准则；第二类准则以裂纹失效为根据，如R阻力曲线法，非线性断裂韧度G法。

1965年Wells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。

1968年,Rice提出了J积分理论.以J积分为参数并建立断裂准则。

弹塑性断裂力学的重要成就是HRR解。

硬化材料I型裂纹尖端应力应变场的弹塑性分析是由Hutchinson，Rice与Rosengren(1968)解决的,故称为HRR理论。

断裂力学

断裂力学断裂力学(fracture mechanics)，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。

我国断裂力学工作起步至少比国外晚了20年，直到上世纪70年代，断裂力学才广泛引入我国，一些单位和科技工作者逐步开展了断裂力学的研究和应用工作。

断裂力学是起源于20世纪初期，发展于20世纪后期，并且仍在不断发展和完善的一门科学。

因此，它是具有前沿性和挑战性的研究成果。

研究含裂纹物体的强度和裂纹扩展规律的科学。

固体力学的一个分支。

又称裂纹力学。

它萌芽于20世纪20年代A.A.格里菲斯对玻璃低应力脆断的研究。

其后，国际上发生了一系列重大的低应力脆断灾难性事故，促进这方面的研究，并于50年代开始形成断裂力学。

根据所研究的裂纹尖端附近材料塑性区的大小，可分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学；根据所研究的引起材料断裂的载荷性质，可分为断裂（静）力学和断裂动力学。

断裂力学的任务是：求得各类材料的断裂韧度；确定物体在给定外力作用下是否发生断裂，即建立断裂准则；研究载荷作用过程中裂纹扩展规律；研究在腐蚀环境和应力同时作用下物体的断裂（即应力腐蚀）问题。

断裂力学已在航空、航天、交通运输、化工、机械、材料、能源等工程领域得到广泛应用。

断裂力学的研究内容1、裂纹的起裂条件。

2、裂纹在外部载荷和（或）其他因素作用下的扩展过程。

3、裂纹扩展到什么程度物体会发生断裂。

另外，为了工程方面的需要，还研究含裂纹的结构在什么条件下破坏；在一定荷载下，可允许结构含有多大裂纹；在结构裂纹和结构工作条件一定的情况下，结构还有多长的寿命等。

断裂力学

断裂力学概述摘要：断裂力学是固体力学中研究带裂纹材料强度的一门学科。

它在生产中有着重要的应用价值，近年来在国内外发展很快。

材料在生产加工过程以及在随后的使用过程中中，不可避免的会产生缺陷和裂纹，会发生低应力脆性破坏。

断裂力学主要研究裂纹周围材料的形状断裂力学是传统力学的补充和发展。

本文介绍了断裂力学中的格里菲斯能量理论、COD准则、J积分理论等，并就简单介绍了其在疲劳断裂中的应用。

关键词：断裂力学，格里菲斯能量理论，COD准则，J积分理论；1 引言断裂力学是近几十年才发展起来的一支新兴学科，它应用力学成就研究含缺陷材料和结构的破坏问题。

由于它与材料或结构的安全问题直接相关，因此它虽然起步晚但实验与理论均发展迅速，并在工程上得到了应用，在材料评估、结构设计及至标准的交货条件中均已涉及使用了一些断裂力学参数。

世界上主要工业发达国家也先后颁布了断裂力学标准，其中以美国在此方面的工作领先。

随着现代生产的发展，新材料、新产品、新工艺不断涌现，在机械、结构等运行使用中经常发生脆断破坏事故。

例如:1947年前苏联4500m的大型石油储罐底部和下部壳连接处，在气温降到一43O℃时破断。

1969年美国F一n飞机在执行训练飞行途中作投弹恢复动作时，左翼脱落，导致飞机附毁。

当时飞机速度、总重量和过载等指标远低于设计指标。

今天，我们还能从新闻中听到某大桥或商业大厦突然断裂或坍塌。

这些器械或结构是在负载“还远低于传统的设计强度指标时发生断裂的。

用材料力学的传统设计思想是解释不了这类现象的。

从事故后的分析来看，上述脆断均是由宏观裂纹引起的[1]。

早在本世纪20年代英国人格里菲斯试想解释玻璃的实际强度远低于理论强度的原因时，以材料内部存在缺陷的观点提出在一定条件下，微小缺陷或裂纹将失稳扩展，从而导致材料或结构的破坏。

格里菲斯推测玻璃内部的细小缺陷或裂纹引起应力集中，使断裂在较低的名义应力下发生。

进而，他从能量观点出发提出裂纹失稳扩展条件:如果裂纹扩展释放的弹性应变能，克服了材料阻力所作的功，则裂纹失稳扩展。

浅谈断裂力学

浅谈断裂力学发布时间：2021-07-28T10:48:16.023Z 来源：《基层建设》2021年第13期作者：徐超[导读] 摘要：本文简单介绍了断裂力学的基本概念与基础理论。

重庆交通大学土木工程学院重庆市 400074摘要：本文简单介绍了断裂力学的基本概念与基础理论。

并且叙述了断裂力学的形成、应用及其发展。

断裂力学是固体力学的一个分支，研究含裂纹型缺陷的物体的强度和裂纹扩展的规律，特别是非线性断裂力学近年来有大的发展。

它研究在各种载荷与环境下，材料中的裂纹或空洞所引起的破坏过程特别是裂纹扩展的规律。

关键词：断裂力学；损伤力学；应力强度因子；发展过程；研究现状引言结构的破坏控制一直是工程设计的关键所在。

工程构件中难免有裂纹，从而会产生应力集中、结构失效等问题。

裂纹既可能是结构零件使用前就存在的，也可能是结构在使用过程中产生的。

但裂纹的存在并不意味着构件的报废，而是要求我们能准确地预测含裂纹构件的使用寿命或剩余强度。

针对脆性材料的研究已有完善的弹性理论方法，并获得了广发的应用。

但对于工程中许多由韧性较好的中、低强度金属材料制成的构件，往往在裂纹处先经历大量的塑性变形，然后才发生断裂破坏或失稳等。

这说明，韧性好的金属材料有能力在一定程度上减弱裂纹的危险，并可以增大结构零件的承载能力或延长器使用寿命，这也是韧性材料的优点所在。

但与此同时，这给预测强度的力学工作者带来了更复杂的问题，即不可逆的非塑性变形，这也是开展工程构架弹塑性变形的原因之一。

因而，裂纹的弹塑性变形研究具有广泛的工程背景和重要的理论意义。

1断裂力学的基本概念 1.1.断裂力学的分类断裂力学根据裂纹尖端塑性区域的范围，分为两大类∶（1）断裂力学-当裂纹尖端塑性区的尺寸远小于裂纹长度，可根据线弹性理论来分析裂纹扩展行为。

（2）断裂力学---当裂纹尖端塑性区尺寸不限于小范围屈服，而是呈现适量的塑性，以弹塑性理论来处理。

而本文研究的主要是线弹性断裂力学。

理论与应用断裂力学

理论与应用断裂力学断裂力学是指研究材料在机械外载作用下，如何发生破坏及其形成和扩展的科学。

断裂力学研究的对象是材料在断裂前、中、后的力学行为和损伤演变。

它是现代材料科学研究中重要的分支之一，具有广泛的理论应用价值。

本文将从理论与应用两个方面，介绍断裂力学的基本概念和发展现状。

一、理论1. 断裂力学的基本概念在强度学中，本质上我们研究的是材料最终破坏的强度，以及在材料破坏之前的稳定裂纹扩展行为。

由此，我们可以定义断裂强度和裂纹扩展强度。

并且，材料的断裂过程是在应力场下进行的，我们可以通过应力强度因子来描述应力状态下的断裂行为。

2. 断裂力学的发展现状近年来，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，断裂力学从实验方法转为计算方法逐渐成为了主流。

借助高性能计算机，人们可以更准确地模拟复杂的物理过程，如图像处理、数值计算、信息处理等。

同时，人们也在从材料、构件、结构等不同层面建立对应的断裂力学体系，刻画材料的破坏机理和裂纹扩展行为，为现实应用提供可靠的理论依据。

二、应用1. 机械结构破坏分析在机械结构设计过程中，断裂力学可以帮助工程师更好地设计和优化结构，以便在使用寿命内实现最多的性能和安全。

这一流程包括确定材料强度参数、建立机械模型、检测和分析应力场、计算应力强度因子和模拟生命周期行为等。

2. 材料疲劳性能研究由于疲劳损伤在结构材料中的特殊作用，断裂力学能够有效地帮助人们更好地了解疲劳行为和裂纹扩展过程。

通过对复杂的疲劳裂纹扩展行为的数值模拟，可以确保结构的疲劳寿命至少与其设计寿命相当。

同时，材料型号和测试数据可以为工程师提供更好的信息，以更好地预测疲劳性能和生命周期。

3. 建筑结构安全评估断裂力学可以帮助我们更好地评估各种建筑结构的安全性。

结构元件的破坏状态和完整性可以通过计算应力强度因子、应力/应变超前。

实验强度和疲劳性能在结构纵向和横向上的分布。

基于断裂力学的这些分析方法，结构工程师可以更好地了解管道、桥梁、平台等建筑结构受力状态下的行为，预测结构的生命周期和维护需求，保证结构的安全性和性能。

经典断裂力学的发展历史及未来的发展方向

经典断裂力学的发展历史及未来的发展方向姓名：张杰学号：S2*******摘要：断裂力学是50年代开始发展起来的固体力学的新分支。

本文主要按断裂力学发展的历史，着重介绍线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、断裂动力学这三种经典断裂力学的基本理论与断裂准则，简要谈及建立在奇异性基础上经典断裂力学断裂理论所存在的主要问题与矛盾，以及对未来断裂力学的展望。

关键词：断裂力学；发展方向；断裂准则1 经典断裂力学的发展历史金属断裂力学是20世纪50年代开始蓬勃发展起来的固体力学分支。

常规的疲劳设计方法，假设材料开始时是无裂纹的连续介质，经过一定的应力循环后，由于疲劳积累损伤而形成裂纹，再经裂纹扩展阶段直至断裂。

按常规的疲劳试验方法，试验结果常表示为应力σ与寿命t的关系，常用σ-t曲线表示。

常规疲劳设计所用的公式，都是从σ-t曲线为基础而推出的[1]。

大多数结构材料的疲劳极限与强度极限成线性关系，所以一般认为强度极限高的材料，疲劳寿命也长。

断裂力学认为裂纹的存在是不可避免的。

断裂力学着眼于从裂纹尖端局部区域的应力场、位移场来研究带裂纹的构件所能承受的载荷和断裂韧度及裂纹尺寸间定量关系，研究裂纹的扩展规律，考察裂纹对结构强度和使用寿命的影响，建立断裂准则，提出容许裂纹的设计方法，探讨如何控制和防止混凝土结构断裂破坏的措施。

断裂力学学科的先导者英国科学家Griffifth于1920年研究了玻璃、陶瓷等脆性材料的实际强度与理论强度的重大差异，为描述脆性断裂过程提出了脆性材料裂纹扩展的能量准则。

这一准则有力地说明了实际强度与最大裂纹尺寸间的关系。

Griffifth认为裂纹扩展时为了形成新裂纹表面必定消耗一定的能量，该能量是由弹性应变能释放所提供。

长期以来被认为只适于玻璃等脆性材料的Griffifth理论直到20世纪50年代才由Irwin和Orowan重视，加以修正并用于金属材料的脆性断裂，这就成为断裂韧度概念的基础。

他们认为Griffifth的能量平衡中必须同时考虑裂纹尖端附近塑性变形耗用的能量。

断裂力学的发展与认识概述

断裂力学的发展与认识概述摘要：断裂力学是近几十年来逐渐发展起来的新学科，作为弹性力学和塑性力学的分支，它在工程上的应用远超于这两门科学。

本文简单介绍了断裂力学的发展背景、研究任务、研究内容及工程应用，旨在希望进一步加强对本门学科的认识与了解，将理论研究和工程实际联系在一起，促进断裂力学的发展。

关键词：断裂力学；断裂形式；线弹性；弹塑性；应用引言断裂力学作为固体力学的一个分支，它在多个工程技术部门产生了重要作用，诸如金属物理、冶金学、材料科学、地震工程等.我国的断裂力学研究工作虽然起步较晚，但是它的发展异常迅速，并在某些方面取得了颇为出色的成就。

不可否认的是，由于断裂力学是一门年轻的学科，尚不成熟，故在理论分析和实验技术方面还存在许多不足之处，特别是在应用于实践方面，亟待进一步丰富和发展。

1 发展背景常规的强度理论要求构件的计算应力不大于其容许应力，即，其中或，分别为材料的屈服极限和强度极限，分别为按屈服极限与强度极限取用的安全系数。

传统上的工程设计思想就是在该理论的基础上，按照结构的服役条件，在选材时对材料的塑性指标（）和韧性指标（）提出一定要求，已确保结构能够达到正常要求。

近年来，科学技术发展飞速发展，人们逐渐发现，尽管许多结构的材料强度和韧度都满足了常规的强度理论要求，但是仍有许多设备或结构在其服役期间甚至试用期间就发生了灾难性破坏，经过大量研究发现大量高强度材料由于脆性较大，容易发生断裂。

在不利环境下，高强度合金结构会出现微观裂纹，在荷载反复作用后，构件就会发生断裂，此时应力水平小于材料的屈服应力，不能使用屈服判据，因此需要寻求新的断裂判据。

由此，现在断裂力学产生了。

2 研究内容和目的2.1线弹性断裂力学在工程当中常见的断裂分为三种类型，即Ⅰ型断裂、Ⅱ型断裂、Ⅲ型断裂。

Ⅰ型断裂属于张开型断裂。

在工程当中常见的柱形体若有两个方向相反的力作用在两个平行面上撕拉柱形体，使之开裂。

在一个平面上，有两个方向相反的力作用在两个平行面上用力撕拉，使平面开裂。

断裂力学的起源和展望

断裂力学的起源和展望摘要：断裂力学是50年代开始发展起来的固体力学的新分支。

主要按断裂力学发展的成熟度，着重介绍线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、断裂动力学这三种经典断裂力学的基本理论与断裂准则，简要谈及建立在奇异性基础上经典断裂力学断裂理论所存在的主要问题与矛盾，并说明断裂力学在一些工程上的应用以及对新材料断裂理论的探索与对未来断裂力学的展望。

关键词：断裂力学；基本理论；断裂准则0引言断裂力学是近几十年才发展起来的一支新兴学科，它从宏观的连续介质力学角度出发，研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件（荷载、温度、介质腐蚀、中子辐射等）作用下宏观裂纹的扩展、失稳开裂、传播和止裂规律[1]。

断裂力学应用力学成就研究含缺陷材料和结构的破坏问题，由于它与材料或结构的安全问题直接相关，因此它虽然起步晚，但实验与理论均发展迅速，并在工程上得到了广泛应用。

例如，断裂力学技术已被应用于估算各种条件下的疲劳裂纹增长率、环境问题和应力腐蚀问题、动态断裂以及确定试验中高温和低温的影响，并且由于有了这些进展，在设计有断裂危险性的结构时，利用断裂力学对设计结果有较大把握。

断裂力学研究的方法是：从线弹性力学方程或弹塑性力学方程出发，把裂纹作为一种边界条件，考察裂纹顶端的应力场、应变场和位移场，设法建立这些场与控制断裂的物理参量的关系和裂纹简短附近的局部断裂条件。

1断裂力学的产生和发展传统强度设计的危机传统强度设计是以材料力学为基础的。

假定材料均匀、连续、各向同性、没有裂纹和缺陷，设计时只要满足下式[]s b k kσσσσ⎧⎪⎪≤⎨⎪⎪⎩ 塑性材料（如中低强钢、合金钢）脆性材料（如铸铁）结构就安全，否则就不安全。

式中：σ——工作应力；[]σ ——许用应力；s σ——材料屈服强度；b σ——材料抗拉强度；k ——安全系数。

一般取k =1.3~2.0。

实际结构中可能有的缺陷和其他想不到的或难以控制的因素（如计算方法的不准确、载荷估计的难以准确等），系数k 中都考虑的到了。

理论力学中的断裂力学与破坏机理研究

理论力学中的断裂力学与破坏机理研究理论力学是力学的基础理论，它研究力学系统的结构和运动规律。

断裂力学和破坏机理是理论力学中的重要分支，它们研究材料在受力作用下产生断裂和破坏的机理及其预测方法。

本文将探讨理论力学中的断裂力学和破坏机理的研究现状、目标和方法。

一、断裂力学研究现状断裂力学研究的对象是材料在承受拉伸、剪切和压缩等外界力作用下发生断裂的过程。

它可以帮助我们理解材料的强度、韧性和可靠性，对于设计和使用材料具有重要意义。

断裂力学的研究方法主要包括实验测试、理论模型和数值模拟。

1. 实验测试实验测试是断裂力学研究的基础，通过对材料的拉伸、剪切等试验，可以获取材料的断裂参数和破坏过程的信息。

常见的实验方法包括拉伸试验、剪切试验和冲击试验等。

2. 理论模型断裂理论的发展离不开理论模型的建立。

理论模型可以描述材料的应力-应变关系、断裂过程和断裂韧性等。

常用的理论模型有线弹性断裂力学、塑性断裂力学和粘弹性断裂力学等。

3. 数值模拟数值模拟是断裂力学研究的重要手段，它通过数值计算方法模拟材料的力学行为和断裂过程。

常用的数值模拟方法有有限元法、网格法和离散元法等。

二、破坏机理研究目标破坏机理研究的目标是揭示材料在受力作用下发生破坏的机理和规律，为预测和控制材料的破坏提供理论依据。

破坏机理研究主要包括破坏形态、破坏过程和破坏机制的分析。

1. 破坏形态破坏形态研究分析材料在破坏前后的形态变化，例如材料的断裂面形态、裂纹扩展形态等。

破坏形态的分析可以揭示材料的破坏方式和破坏机制。

2. 破坏过程破坏过程研究分析材料在受力作用下的破坏演化过程。

例如材料的应力集中、裂纹扩展、断裂传播等。

破坏过程的研究可以揭示材料的疲劳寿命和破坏机制。

3. 破坏机制破坏机制研究分析材料破坏的基本原因和机理，例如材料的塑性变形、断裂过程、材料内部结构的影响等。

破坏机制的研究可以揭示材料的本质特性和力学行为。

三、断裂力学与破坏机理研究的方法断裂力学与破坏机理研究的方法是多样的，需要结合实验、理论和数值模拟相结合的综合方法进行研究。

断裂力学的起源和展望

断裂力学的起源和展望摘要：断裂力学是50年代开始发展起来的固体力学的新分支。

主要按断裂力学发展的成熟度，着重介绍线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、断裂动力学这三种经典断裂力学的基本理论与断裂准则，简要谈及建立在奇异性基础上经典断裂力学断裂理论所存在的主要问题与矛盾，并说明断裂力学在一些工程上的应用以及对新材料断裂理论的探索与对未来断裂力学的展望。

关键词：断裂力学；基本理论；断裂准则0引言断裂力学是近几十年才发展起来的一支新兴学科，它从宏观的连续介质力学角度出发，研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件（荷载、温度、介质腐蚀、中子辐射等）作用下宏观裂纹的扩展、失稳开裂、传播和止裂规律[1]。

断裂力学应用力学成就研究含缺陷材料和结构的破坏问题，由于它与材料或结构的安全问题直接相关，因此它虽然起步晚，但实验与理论均发展迅速，并在工程上得到了广泛应用。

例如，断裂力学技术已被应用于估算各种条件下的疲劳裂纹增长率、环境问题和应力腐蚀问题、动态断裂以及确定试验中高温和低温的影响，并且由于有了这些进展，在设计有断裂危险性的结构时，利用断裂力学对设计结果有较大把握。

断裂力学研究的方法是：从线弹性力学方程或弹塑性力学方程出发，把裂纹作为一种边界条件，考察裂纹顶端的应力场、应变场和位移场，设法建立这些场与控制断裂的物理参量的关系和裂纹简短附近的局部断裂条件。

1断裂力学的产生和发展传统强度设计的危机传统强度设计是以材料力学为基础的。

假定材料均匀、连续、各向同性、没有裂纹和缺陷，设计时只要满足下式[]s b k kσσσσ⎧⎪⎪≤⎨⎪⎪⎩ 塑性材料（如中低强钢、合金钢）脆性材料（如铸铁）结构就安全，否则就不安全。

式中：σ——工作应力；[]σ ——许用应力；s σ——材料屈服强度；b σ——材料抗拉强度；k ——安全系数。

一般取k =1.3~2.0。

实际结构中可能有的缺陷和其他想不到的或难以控制的因素（如计算方法的不准确、载荷估计的难以准确等），系数k 中都考虑的到了。

断裂与损伤力学发展研究

断裂与损伤力学发展研究
陈伯银
【期刊名称】《四川水泥》
【年(卷),期】2017(000)009
【摘要】断裂力学和损伤力学近年来成为力学研究的一个前沿.断裂力学特别是非线性断裂力学近年来有大的发展,它研究在各种载荷与环境下,材料中的裂纹或空洞所引起的破坏过程特别是裂纹扩展的规律;损伤力学着重研究材料的细观缺陷的扩展和含有细观缺陷的材料的力学性质.本文研究了断裂力学与损伤力学的发展和各自的研究思路,对比分析了两者相互关系.
【总页数】1页(P289)
【作者】陈伯银
【作者单位】重庆交通大学,重庆 400000
【正文语种】中文
【中图分类】G322
【相关文献】
1.浅析断裂力学和损伤力学在混凝土中的应用
2.基于断裂损伤力学的隧道突水破坏机理研究
3.基于断裂损伤力学的裂隙岩体破坏机理研究
4.损伤力学和高温断裂力学在锅炉管道断裂寿命评定中的应用
5.基于损伤力学的全尺寸天然气管道断裂韧性评估方法
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