【正文】 為了研究玻璃、陶瓷等脆性材料的實(shí)際強(qiáng)度比理論強(qiáng)度低的原因，提出了在固體材料中或在材料的運(yùn)行過程中存在或產(chǎn)生裂紋的設(shè)想，其內(nèi)容是：結(jié)構(gòu)體系內(nèi)裂紋擴(kuò)展，體系內(nèi)總能量降低，降低的能量用于裂紋增加新自由表面的表面能，裂紋擴(kuò)展的臨界條件是裂紋擴(kuò)展力(即應(yīng)變能釋放率)等于擴(kuò)展阻力(裂紋擴(kuò)展，要增加自由表面能而引起的阻力)。同時(shí)把G定義為“能量釋放率”或“裂紋驅(qū)動(dòng)力”，即裂紋擴(kuò)展過程中增加單位長度時(shí)系統(tǒng)所提供的能量，或裂紋擴(kuò)展單位面積系統(tǒng)能量的下降率。線彈性斷裂力學(xué)可用來解決材料的平面應(yīng)變斷裂問題，適用于大型構(gòu)件(如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，較大的接頭，車軸等)和脆性材料的斷裂分析。②應(yīng)力腐蝕問題:指在環(huán)境介質(zhì)(腐蝕介質(zhì)和某些非腐蝕介質(zhì)〉和拉應(yīng)力共同作用下材料的斷裂問題，③疲勞裂紋擴(kuò)展問題:疲勞是在交變載荷作用下材料中裂紋形成和擴(kuò)展的過程，斷裂力學(xué)主要用于研究疲勞裂紋的擴(kuò)展問題。80年代中期，能量損傷理論和幾何損傷理論相繼形成。為了研究有損材料的本構(gòu)關(guān)系，須首先建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ兔枋黾?xì)觀亞結(jié)構(gòu)的特性。對含裂紋體的損傷力學(xué)分析也是該領(lǐng)域中特別引人注目的一個(gè)專題。這一個(gè)階段分為階段1和階段2。一個(gè)這些記號的例證在圖 中展示。目前在文獻(xiàn)中應(yīng)用有限元法求解應(yīng)力強(qiáng)度因子的方法大致可以分成直接法和間接法兩種。又稱邊界積分方程邊界元法。準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)，突破了把固體劃分成晶體與非晶體的傳統(tǒng)觀念，—準(zhǔn)周期對稱性的發(fā)現(xiàn)，這一發(fā)現(xiàn)在人類認(rèn)識史上具有重要意義；現(xiàn)在大量性能穩(wěn)定的大單晶準(zhǔn)晶體不斷從不同的合金系(從鋁合金到欽合金系)中研制出來。當(dāng)施加應(yīng)變足夠低時(shí)，裂紋僅限于基體內(nèi)，只表現(xiàn)為裂紋數(shù)目的增加，此時(shí)可描述為彌散的基體破壞模型；當(dāng)施加應(yīng)變高的情況下，裂紋尖端處的纖維可能斷裂，進(jìn)而基體裂紋繼續(xù)擴(kuò)展。在這些損傷形式中，纖維的斷裂是瞬間的，而基體和界而的損傷則是漸進(jìn)的，有累積的過程，這些損傷還會相互影響和組合，表現(xiàn)出非常復(fù)雜的疲勞破壞行為，很少出現(xiàn)由單一裂紋控制的破壞機(jī)理。1） 能量平衡理論（一）格里菲斯(GRIFFITH)理論一九二0年格里菲斯通過對玻璃等完全脆性材料的斷裂強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為：其實(shí)際斷裂強(qiáng)度大大小于理論強(qiáng)度(實(shí)測值僅為理論值的1/10~1/1000)，這是因?yàn)橛幸欢ù笮×鸭y存在，一次脆斷是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展(快速擴(kuò)展或加速擴(kuò)展)的結(jié)呆。裂紋擴(kuò)展阻力Gc，它是材料的一種固有屬性，是一個(gè)材料常數(shù)，故又稱為斷裂韌性。均有因子表達(dá)裂紋尖端附近區(qū)域應(yīng)力場的強(qiáng)弱程度，如值增大一倍，則各點(diǎn)應(yīng)力均增大一倍，但分布規(guī)律不變。并提出在公式(2~4)中用塑性變形功代替表面能，用r。利用“界面控制”疲勞機(jī)理同樣可以解釋碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料中的“疲勞強(qiáng)化”現(xiàn)象。這種材料具有強(qiáng)度高、耐溫高、抗腐蝕、抗磨損高技術(shù)課程報(bào)告和抗熱震性能好等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。常用的增強(qiáng)材料有：粒子增強(qiáng)料、纖維增強(qiáng)料、晶體增強(qiáng)料、有機(jī)纖維復(fù)合材料等。然而從工程角度上考慮，材料的力學(xué)性能仍可以用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)來描述，其不連續(xù)性則通過相對密度，或間接的表現(xiàn)出來。邊界配置法的求解精度一般較高，但該法對于不同類型的裂紋問題，需選取不同的應(yīng)力函數(shù)對于較復(fù)雜的幾何與荷載情況，應(yīng)力函數(shù)的確定十分困難。但是只有極少數(shù)的斷裂力學(xué)問題存在解析解，絕大多數(shù)工程實(shí)際中所遇到的斷裂力學(xué)問題都要借助于數(shù)值分析的方法才能解決。（大約＞10,000個(gè)循環(huán)）在低循環(huán)疲勞 （大約＜10,000個(gè)循環(huán)）中，大部份的疲勞壽命在裂紋擴(kuò)展上被消耗。這一階段，裂紋成核作用，是疲勞過程的第一個(gè)階段。有些高等院校和研究院、所正在將“損傷理論及其應(yīng)用”或“損傷力學(xué)”作為研究生的專門課程講授。他認(rèn)為當(dāng)孔洞相互接觸時(shí)，孔洞間發(fā)生片狀連結(jié)過程，因此孔洞聚集條件為2r =ι。值得指出的是法國學(xué)者勒梅特在這方面做出了卓越的貢獻(xiàn)。另外，為了工程方面的需要，還研究含裂紋的結(jié)構(gòu)在什么條件下破壞。由于研究的觀點(diǎn)和出發(fā)點(diǎn)不同，斷裂力學(xué)分為微觀斷裂力學(xué)和宏觀斷裂力學(xué)。其中，是裂紋擴(kuò)展的臨界應(yīng)力；a為裂紋半長度。他成功的解釋了玻璃等脆性材料的開裂現(xiàn)象但是應(yīng)用于金屬材料時(shí)卻并不成功。微觀斷裂力學(xué)是研究原子位錯(cuò)等晶體尺度內(nèi)的斷裂過程，宏觀斷裂力學(xué)是在不涉及材料內(nèi)部斷裂機(jī)理的條件下，通過連續(xù)介質(zhì)力學(xué)分析和試樣的實(shí)驗(yàn)作出斷裂強(qiáng)度的估算與控制。在一定荷載下，可允許結(jié)構(gòu)含有多大裂紋。1971年勒梅特將損傷概念用于低周疲勞研究，1974年英國學(xué)者勒基(Leckie)和瑞典學(xué)者赫爾特(Hult)在蠕變的研究中將損傷理論的研究向前推進(jìn)了一步。由于Mcclintock模型沒有考慮孔洞間的交互影響，因此給出的上述理論分析結(jié)果比Edelson和Bald win的實(shí)驗(yàn)結(jié)果高得多?？梢灶A(yù)料，這門新的力學(xué)分支具有強(qiáng)大的生命力，并將得到進(jìn)一步的發(fā)展。一經(jīng)成核作用發(fā)生，而且循環(huán)載荷持續(xù)作用，裂紋容易沿著最大剪切應(yīng)力的平面和經(jīng)過顆粒交界生長。一經(jīng)一個(gè)裂紋已經(jīng)造形或者完全失效已經(jīng)發(fā)生，可以檢驗(yàn)疲勞破損的表面。由于裂紋尖端附近應(yīng)力場存在奇異性，以致直接用常規(guī)數(shù)值方法分析斷裂力學(xué)問題的效果往往較差，因此需要結(jié)合斷裂力學(xué)的特點(diǎn)發(fā)展更有效的方法。此外，邊界配置法解的收斂性還沒有得到嚴(yán)格的證明。由于多孔材料塑性具有可壓縮性，可采用表征塑性可壓縮性的新的材料參數(shù)，如Poisson比。正是運(yùn)用這些樹脂基體和增強(qiáng)材料，通過復(fù)合工藝制造出多種多樣、共能各異的復(fù)合材料，廣泛的應(yīng)用于軍事、航空、航天以及日常民用、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域，取得良好的效果。當(dāng)前主要用于洲際或遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈的頭錐、火箭的噴管、航天飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件以及軍用和民用飛機(jī)起落架的剎車構(gòu)件等。陶瓷基復(fù)合材料在制作過程中，為了避免碳纖維與陶瓷基體的熱膨脹系數(shù)不匹配而造成材料脆斷，往往在纖維預(yù)制體表而先沉積一層熱解碳，形成碳/碳界而過渡層，這種界而結(jié)構(gòu)與碳/碳復(fù)合材料是一樣的，因而“界而控制”疲勞機(jī)理模型在陶瓷基復(fù)合材料中同樣適用。表示塑性變形功，即有 W=4a =4 (三)脆性斷裂的G判據(jù)根據(jù)能量平衡理論得出了脆性斷裂判據(jù)(22)式。故稱為I型裂紋的應(yīng)力場強(qiáng)弱程度的因子，簡稱應(yīng)力強(qiáng)度因子。裂紋擴(kuò)展力G取決于裂紋體的形狀、大小和它的承載方式、裂紋的位置、形狀、尺寸等，公式(25)只給出圖21所示的結(jié)果，對于不同的情形則有不同的表達(dá)式，但均正比于。線彈性斷裂力學(xué)是斷裂力學(xué)的理論基礎(chǔ)和重要組成部分。A. Ozturk、Ken Goto以及Y. Z. Pappas等人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：隨著疲勞載荷循環(huán)周期數(shù)的增加，基體中會產(chǎn)生基體裂紋，纖維會出現(xiàn)脆斷和拔出現(xiàn)象，纖維與基體間的界而會出現(xiàn)縱向開裂以及與纖維脫粘行為，對于碳布疊層的碳/碳復(fù)合材料還常有分層現(xiàn)象伴隨。各種機(jī)理對應(yīng)破壞形式對FRP而言，在基體承受應(yīng)變控制的疲勞過程中，由于纖維變形的限制，其疲勞損傷擴(kuò)展過程可以描述如下：裂紋在基體內(nèi)缺陷處起始并擴(kuò)展，直至與界面相碰，假如裂紋尖端的應(yīng)力不足以使纖維斷