铝合金材料的断裂韧性
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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：
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
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）内应力松弛的影响
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 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，
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Biblioteka 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
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：
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
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
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.
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
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。
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。
熔铸时引起的缺陷
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
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：
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
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）内应力松弛的影响
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 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，
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Biblioteka 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
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：
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
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
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.
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
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。
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。
熔铸时引起的缺陷
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