断裂力学与疲劳力学

断裂力学是研究材料已有裂纹后裂纹扩展抗力和断裂抗力。而疲劳力学的研究是从裂纹的萌生开始、然后扩展直至断裂。什么情况下用哪个理论取决于你的目的是什么。

断裂力学类型：线弹性断裂力学应用线弹性理论研究物体裂纹扩展规律和断裂准则。1921年格里菲斯通过分析材料的低应力脆断，提出裂纹失稳扩展准则格里菲斯准则。1957年G.R.欧文通过分析裂纹尖端附近的应力场，提出应力强度因子的概念，建立了以应力强度因子为参量的裂纹扩展准则。线弹性断裂力学可用来解决脆性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。实际上，裂纹尖端附近总是存在塑性区，若塑性区很小（如远小于裂纹长度），则可采用线弹性断裂力学方法进行分析。弹塑性断裂力学应用弹性力学、塑性力学研究物体裂纹扩展规律和断裂准则，适用于裂纹体内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，因此多采用J积分法、COD（裂纹张开位移）法、R（阻力）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的缺陷评定、核电工程的安全性评定、压力容器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等方面起重要作用。弹塑性断裂力学的理论迄今仍不成熟，弹塑性裂纹的扩展规律还有待进一步研究。断裂动力学采用连续介质力学方法，考虑物体惯性，研究固体在高速加载或裂纹高速扩展下的断裂规律。断裂动力学的主要研究内容为：①断裂准则，包括裂纹在高速加载下的响应及起始和失稳扩展准则、高速扩展裂纹的分叉判据。②高速扩展裂纹尖端附近的应力应变场。③裂纹高速扩展的极限速度。

④裂纹高速扩展的停止（止裂）原理。⑤高应变率条件下的材料特性及其对高速扩展裂纹阻力的影响。⑥裂纹高速扩展中的能量转换。⑦高速碰撞下的侵彻和穿孔问题。断裂动力学研究方法分理论分析和动态实验两方面。断裂动力学已在冶金学、地震学、合成化学以及水坝工程、飞机和船舶设计、核动力装置和武器装备等方面得到一些实际应用，但理论尚不够成熟。

所说的裂纹是指宏观的、肉眼可见的裂纹。工程材料中的各种缺陷可近似地看作裂纹。断裂力学的基本研究内容包括：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；在一定载荷下，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。在断裂力学中,按照裂纹表面上质点的相对位移,可将裂纹分为三种基本类型(见图[三种基本类型的裂纹])，分别称为张开型裂纹、滑开型裂纹和撕开型裂纹，或分别称为Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹和Ⅲ型裂纹。物体中任一裂纹都可看作是这三种基本类型裂纹的组合，而断裂力学正是在研究这三种基本类型裂纹的基础上研究一般裂纹的。

疲劳裂纹扩展问题：疲劳是在交变载荷作用下材料中裂纹形成和扩展的过程，断裂力学主要用于研究疲劳裂纹的扩展问题在交变载荷的作用下,结构中裂纹的形成和扩展(稳定扩展和失稳扩展)过程。疲劳主要指裂纹形成的阶段，断裂主要指裂纹扩展的阶段，但是在机理研究和工程分析中两者是紧密联系的，不能截然分开，所以在飞行器结构设计中，疲劳与断裂往往是结合在一起研究的。

疲劳与断裂研究是结构强度学科中较重要的一个方面。它研究在交变载荷作用下结构中裂纹形成、稳定扩展和失稳扩展的规律，研究带裂纹结构的残余强度，估计结构寿命和研究延长寿命的方法。疲劳与断裂研究包括分析和试验两个方面。

疲劳力学：疲劳是结构或机器零件在外载反复作用之下产生的一种破坏现象,通常是在构件具有应力集中的部位形成微小的裂纹,然后逐渐扩展引起整个构件破坏.因此疲劳破坏是一个从裂纹形成到裂纹扩展的过程.

疲劳破坏是一个十分复杂的现象.疲劳破坏是从晶粒的滑移开始,直至造成整个结构破坏,是一个从原子尺度发展到宏观结构尺度的问题.涉及金属物理、冶金学、材料科学、力学、机械设计和制造等各门学科.长期以来科研人员从这些学科的不同角度对疲劳破坏进行了大量的研究.搞金相的人通常观察疲劳形核和裂纹扩展的过程,研究显微组织的影响,观察断口,分析断裂的原因.工程设计人员则着眼于具体问题的解决,依据的是通过试验得出的数据(如材料的应力疲劳特性、应变疲劳特性、裂纹扩展特性等)和经验得出的规律(如联系应力幅值和寿命的Basqin关系;联系塑性应变幅值和寿命的Mans