铝合金材料的断裂韧性
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裂纹尖端任意一点的应力、应变和位移分量取决于该点的坐标（r ， θ ）、材料的弹性模数以及参量KI
KI= σ×
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
裂纹尖端的应力场及应力场的强度因子KI
若裂纹体的材料一定，且裂纹尖端附近某一点的位置（r , θ ）给定，则该点的各应力、应变和 位移分量唯一决定于KI 值。
铝合金材料的断裂韧性
航空材料事业部
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
线弹性断裂力学认为：在脆性断裂过程中， 裂纹体各部分的应力和应变 处于线弹性阶段，只有裂纹尖端极小区域处于塑性变形阶段。 处理问题有两种方法： 一种是应力应变分析方法，研究裂纹尖端附近的应力应变场，提出应力
线弹（塑）性条件下的断裂韧性
裂纹扩展的基存方式
影响铝合金断裂韧度的因素
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素
裂纹尖端的应力场及应力场的强度因子KI
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
设有一承受均匀拉应力的无限大板，含有长为2a 的I 型穿透裂纹，其尖端附近（r， θ ）处应力、应变和位移分量可以近似地表达如下：
场强度因子及对应的断裂韧度和K 判据； 另一种是能量分析方法，研究裂纹扩展时系统能量的变化，提出能量释
放率及对应的断裂韧度和G 判据。
线弹（塑）性条件下的断裂韧性
裂纹扩展的基存方式
影响铝合金断裂韧度的因素
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
根据外加应力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有3种：
KI值愈大，则该点各应力、应变和位移分量之值越高，因此，KI反映了裂纹尖端区域应力场的强度， 故称之为应力强度因子。
它综合反映了外加应力和裂纹位置、长度对裂纹尖端应力场强度的影响，其一般表达式为
KI= Y×σ×
Y为裂纹形状系数，取决于裂纹的类型，对于不同类型的裂纹， KI和Y的表达式 Y一般为1-2.
平面应力下，代入
平面应变下，同样
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
平面应力状态下应力松驰后的塑性区尺寸大小
平面应变状态是理论上的抽象。厚板件：表面处于平面应力 状态，心部是平面应变状态。
实际试件的塑性区
线弹（塑）性条件下的断裂韧性
可求得修正值后KI值
熔铸时引起的缺陷
平面应力状态下应力松驰后的塑性区尺寸大小
没有考虑下图中影线部分面积（屈服区）内应Hale Waihona Puke Baidu松弛的影响
在塑性区r0范围内如不考虑形变强化，其应力可视为恒定的， 则高出σys 的部分势必要发生应力松驰。应力松驰的结果， 使原屈服区外的周围弹性区的应力升高，相当于BC线向外推 移到EF位置，塑性区由r0扩大至R0。能量角度直观地看，面 积DBA＝矩形面积BGHE
线弹（塑）性条件下的断裂韧性
裂纹尖端塑性的修正
影响铝合金断裂韧度的因素
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
塑性区的边界方程：
塑性区的边界方程图形如右下图： 在X轴上， θ=0 时，塑性区的宽度r0为塑性区的边界方程：
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
这时KI 记为KIC或KC,称为断裂韧性（概念） ，单位为MPa· 或KN·1/ 一个表示材料抵抗断裂的能力。
3 ，其是
(Kc为平面应力断裂韧度， KIC为平面应变断裂韧度．同一种材料Kc>KIC) KIC=Y. σ.
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
裂纹尖端应力分析
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
裂纹尖端的应力场及应力场的强度因子KI
若裂纹尖端沿板厚方向（即z方向）的应变不受约束，对薄板 σZ=O，裂纹尖端处于两向拉应力状态， 即平面应力状态。若裂纹尖端沿z方向的应变受到约束， 对厚板，ε Z＝O ,则裂纹尖端处于平面应 变状态。此时，裂纹尖端处于三向拉伸应力状态，应力状态软性系数小，因而是危险的应力状态。
平面应力：
影响铝合金断裂韧性的因素
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
当应力σ大时，裂纹尖端的塑性区也增大，影响 就越大，其修正就必要，通常情况下，当 σ／Rp0.2=0.6-0.7时，就需要修正。
图：用等效裂纹修正KI
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧性的因素
裂纹扩展能量释放率GI
断裂韧性的检测方法 断裂韧度实例分析
铝合金板材中很少应用。略去。
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧性的因素 断裂韧性的检测方法 断裂韧度实例分析
J影响断裂韧性的因素
内在因素 外在因素
合金成分 难溶硬相质点 沉淀产物及其分布
Al12MG2Cr Al20Mn3Cu2
ZrAl3
组织结构
晶粒形状及大小 亚晶及其它位错组态
金属夹杂和非金属夹杂
KIC和KI的区别
KI是一个力学参量，表示裂纹中裂纹尖端的应力应变场强度的大小，它决定于外 加应力、试样尺寸和裂纹类型，而和材料无关。
KIC是一个是材料的力学性能指标，它决定于材料的成分、组织结构等内在因素， 而与外加应力以及试样尺寸等外在因素无关，为平面应变断裂韧度。
在临界状态下所对应的平均应力，称为断裂应力或裂纹体断裂强度，记作σc ; 对应的裂纹尺寸称为临界裂纹尺寸，记作αc ;对应的关系：KIC=Y. σc. 根据应力场强度因子KI和断裂韧度KIC 的相对大小，可以建立裂纹失稳扩展脆断的断 裂K判据，即:K1 ≥KIC。当K1 < KIC时，即使有裂纹，但不会扩展→ 破损安全
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素
断裂韧性KIC和断裂KI的判据
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
当应力和裂纹尺寸a单独或同时增大时， KI 和裂纹尖端的各应力分量也随之增大。
当应力或裂纹尺寸a增大到临界值时，也就是在裂纹尖端足够大的范围内，应力达到
材料的断裂韧性，裂纹使失稳扩展而导致材料的断裂，这时KI 也达到了一个临界值，
KI= σ×
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
裂纹尖端的应力场及应力场的强度因子KI
若裂纹体的材料一定，且裂纹尖端附近某一点的位置（r , θ ）给定，则该点的各应力、应变和 位移分量唯一决定于KI 值。
铝合金材料的断裂韧性
航空材料事业部
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
线弹性断裂力学认为：在脆性断裂过程中， 裂纹体各部分的应力和应变 处于线弹性阶段，只有裂纹尖端极小区域处于塑性变形阶段。 处理问题有两种方法： 一种是应力应变分析方法，研究裂纹尖端附近的应力应变场，提出应力
线弹（塑）性条件下的断裂韧性
裂纹扩展的基存方式
影响铝合金断裂韧度的因素
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素
裂纹尖端的应力场及应力场的强度因子KI
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
设有一承受均匀拉应力的无限大板，含有长为2a 的I 型穿透裂纹，其尖端附近（r， θ ）处应力、应变和位移分量可以近似地表达如下：
场强度因子及对应的断裂韧度和K 判据； 另一种是能量分析方法，研究裂纹扩展时系统能量的变化，提出能量释
放率及对应的断裂韧度和G 判据。
线弹（塑）性条件下的断裂韧性
裂纹扩展的基存方式
影响铝合金断裂韧度的因素
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
根据外加应力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有3种：
KI值愈大，则该点各应力、应变和位移分量之值越高，因此，KI反映了裂纹尖端区域应力场的强度， 故称之为应力强度因子。
它综合反映了外加应力和裂纹位置、长度对裂纹尖端应力场强度的影响，其一般表达式为
KI= Y×σ×
Y为裂纹形状系数，取决于裂纹的类型，对于不同类型的裂纹， KI和Y的表达式 Y一般为1-2.
平面应力下，代入
平面应变下，同样
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
平面应力状态下应力松驰后的塑性区尺寸大小
平面应变状态是理论上的抽象。厚板件：表面处于平面应力 状态，心部是平面应变状态。
实际试件的塑性区
线弹（塑）性条件下的断裂韧性
可求得修正值后KI值
熔铸时引起的缺陷
平面应力状态下应力松驰后的塑性区尺寸大小
没有考虑下图中影线部分面积（屈服区）内应Hale Waihona Puke Baidu松弛的影响
在塑性区r0范围内如不考虑形变强化，其应力可视为恒定的， 则高出σys 的部分势必要发生应力松驰。应力松驰的结果， 使原屈服区外的周围弹性区的应力升高，相当于BC线向外推 移到EF位置，塑性区由r0扩大至R0。能量角度直观地看，面 积DBA＝矩形面积BGHE
线弹（塑）性条件下的断裂韧性
裂纹尖端塑性的修正
影响铝合金断裂韧度的因素
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
塑性区的边界方程：
塑性区的边界方程图形如右下图： 在X轴上， θ=0 时，塑性区的宽度r0为塑性区的边界方程：
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
这时KI 记为KIC或KC,称为断裂韧性（概念） ，单位为MPa· 或KN·1/ 一个表示材料抵抗断裂的能力。
3 ，其是
(Kc为平面应力断裂韧度， KIC为平面应变断裂韧度．同一种材料Kc>KIC) KIC=Y. σ.
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
裂纹尖端应力分析
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素 断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
裂纹尖端的应力场及应力场的强度因子KI
若裂纹尖端沿板厚方向（即z方向）的应变不受约束，对薄板 σZ=O，裂纹尖端处于两向拉应力状态， 即平面应力状态。若裂纹尖端沿z方向的应变受到约束， 对厚板，ε Z＝O ,则裂纹尖端处于平面应 变状态。此时，裂纹尖端处于三向拉伸应力状态，应力状态软性系数小，因而是危险的应力状态。
平面应力：
影响铝合金断裂韧性的因素
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
当应力σ大时，裂纹尖端的塑性区也增大，影响 就越大，其修正就必要，通常情况下，当 σ／Rp0.2=0.6-0.7时，就需要修正。
图：用等效裂纹修正KI
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧性的因素
裂纹扩展能量释放率GI
断裂韧性的检测方法 断裂韧度实例分析
铝合金板材中很少应用。略去。
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧性的因素 断裂韧性的检测方法 断裂韧度实例分析
J影响断裂韧性的因素
内在因素 外在因素
合金成分 难溶硬相质点 沉淀产物及其分布
Al12MG2Cr Al20Mn3Cu2
ZrAl3
组织结构
晶粒形状及大小 亚晶及其它位错组态
金属夹杂和非金属夹杂
KIC和KI的区别
KI是一个力学参量，表示裂纹中裂纹尖端的应力应变场强度的大小，它决定于外 加应力、试样尺寸和裂纹类型，而和材料无关。
KIC是一个是材料的力学性能指标，它决定于材料的成分、组织结构等内在因素， 而与外加应力以及试样尺寸等外在因素无关，为平面应变断裂韧度。
在临界状态下所对应的平均应力，称为断裂应力或裂纹体断裂强度，记作σc ; 对应的裂纹尺寸称为临界裂纹尺寸，记作αc ;对应的关系：KIC=Y. σc. 根据应力场强度因子KI和断裂韧度KIC 的相对大小，可以建立裂纹失稳扩展脆断的断 裂K判据，即:K1 ≥KIC。当K1 < KIC时，即使有裂纹，但不会扩展→ 破损安全
线弹（塑）性条件下的断裂韧性 影响铝合金断裂韧度的因素
断裂韧性KIC和断裂KI的判据
断裂韧度的检测方法 断裂韧度实例分析
当应力和裂纹尺寸a单独或同时增大时， KI 和裂纹尖端的各应力分量也随之增大。
当应力或裂纹尺寸a增大到临界值时，也就是在裂纹尖端足够大的范围内，应力达到
材料的断裂韧性，裂纹使失稳扩展而导致材料的断裂，这时KI 也达到了一个临界值，