【正文】 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。公式( 2 9)表示應(yīng)力場有Y1/2階奇異性。的量綱為公斤/毫米2/3由于研究范圍只限于裂紋尖端附近區(qū)域的應(yīng)力場，即在r很小的范圍內(nèi)，所以在( 2 9)式中忽略了r的高階項(xiàng)(如r0，r1/2，r3/2，r2/6 等項(xiàng))。(一)裂紋尖端附近的應(yīng)力場伊爾文利用維斯特加爾特(WESTERGAARD)研究裂紋問題所采用的復(fù)變函數(shù)作為應(yīng)力函數(shù)的方法，對無限大平板在均勻拉伸應(yīng)力場中，有一個(gè)長為2a的穿透板厚的裂紋，裂紋尖端附近應(yīng)力應(yīng)變場進(jìn)行了分析，得出裂紋尖端附近區(qū)域應(yīng)力分量和位移分量的表達(dá)式為: (29) （平面應(yīng)力） （平面應(yīng)變）W=0式中：u、v、w分別為X、Y、Z方向的位移；r、為所研究點(diǎn)的極座標(biāo)。2） 應(yīng)力強(qiáng)度因子理論伊爾文于一九五七年通過對線彈性裂紋體理想裂紋(裂紋尖端曲率半徑p 0)尖端附近應(yīng)力應(yīng)變場的分析，提出了應(yīng)力強(qiáng)度因子理論。這一理論不僅指出了產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷的原因(宏觀裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的結(jié)果)，而且對斷裂給出了新的表征參量，從而定量地得出了斷裂判據(jù)，所以使它成為斷裂力學(xué)的理論基礎(chǔ)。G表達(dá)式通過計(jì)算得到，Gc可由實(shí)驗(yàn)測定。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。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。相比之下，完全可以略去表面能的消耗。伊爾文—奧羅文通過對金屬材料的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展前，在裂紋尖端總有塑性變形存在，指出裂紋擴(kuò)展所釋放的彈性變形能不僅支付于表面能的增加，而且大量地為塑性變形所吸收，稱為塑性變形功。設(shè)材料的單位面積的自由表面能為r，則長為2a的裂紋上下表面的總的自由表面能為: W=4ar代入(21)、（22)式，得(因此時(shí)裂紋面變位類型為I型，故在下角中寫上I，以為標(biāo)記): （平面應(yīng)力） （平面應(yīng)變） 從而由( 22 )式可得出有長為2a的裂紋時(shí)的斷裂應(yīng)力(臨界應(yīng)力)為: （平面應(yīng)力） （平面應(yīng)變）或在均勻拉應(yīng)力時(shí)的臨界裂紋尺寸為: （平面應(yīng)力） （平面應(yīng)變）此理論為脆性材料的實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證。按單位厚度考慮。當(dāng)裂紋擴(kuò)展單位面積所釋放的彈性變形能剛好大于裂紋擴(kuò)展單位面積所吸收的表面能時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，由于失穩(wěn)擴(kuò)展的速度很快，可認(rèn)為與外界沒有能量的交換，故得斷裂判據(jù)為: (11)式中:為裂紋擴(kuò)二單位面積時(shí)裂紋體彈性變形能減小量，稱為能量釋放率，又稱為裂紋擴(kuò)展力，用G表示，其單位是公斤/毫米；為裂紋擴(kuò)展單位面積時(shí)所吸收的表面能，稱為裂紋擴(kuò)展阻力，又稱為斷裂韌性，用表示，單位亦是公斤/毫米。并且從能量平衡的觀點(diǎn)建立了脆性斷裂判據(jù)，即裂紋體的裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的判據(jù)。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。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。陶瓷基復(fù)合材料已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用和即將實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域有刀具、滑動構(gòu)件、發(fā)動機(jī)構(gòu)件、能源構(gòu)件等。4） 陶瓷基復(fù)合材料 陶瓷材料具有耐高溫、高強(qiáng)度、高硬度及耐腐蝕性好的特點(diǎn)，但其脆性大的弱點(diǎn)，限制其更廣泛的應(yīng)用。雖也有部分纖維因局部的應(yīng)力集中而發(fā)生破壞，但由于弱界而的作用使單根纖維的開裂不會立即傳播，且斷裂的纖維還可繼續(xù)承載，表現(xiàn)出明顯的‘假塑性。 “脆性”斷裂：如果界而粘合強(qiáng)度高于基體本身，則纖維與基體間應(yīng)力傳遞行為依賴于基體的力學(xué)性能，往往由基體產(chǎn)生穿透性“張開”型裂紋，直接穿過界而進(jìn)攻纖維，使纖維發(fā)生大而積災(zāi)難性斷裂，大部分纖維斷裂而大體在同一平而上，斷口形貌較為平整，為強(qiáng)界而引發(fā)的“脆性”斷裂方式，一般密度高、界而粘合強(qiáng)的材料在疲勞應(yīng)力水平較高的情況下易發(fā)生此類斷裂模式。界而結(jié)合的強(qiáng)弱直接影響著材料疲勞性能的發(fā)揮，疲勞壽命的長短以及疲勞斷裂的方式，但界而粘合并不是越強(qiáng)越好。由此可以看出，基體裂紋、界而脫粘、纖維斷裂或拔出等多種損傷形式的存在是碳/碳復(fù)合材料疲勞行為的一大特點(diǎn)。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。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。它是將碳纖維物質(zhì)經(jīng)過特殊工藝使之多次碳化和石墨化后，作為增強(qiáng)體制成的復(fù)合材料。基體設(shè)為冪硬化材料N為硬化指數(shù)，EM為楊氏模量，為初始屈服應(yīng)力。目前金屬基復(fù)合材料雖然還存在制造工藝復(fù)雜、造價(jià)昂貴和不夠成熟等問題，尚未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用，但由于近年來的大力研究和開發(fā)，其發(fā)展很快，已經(jīng)在軍事和航天領(lǐng)域取得較好的應(yīng)用效果。與樹脂基復(fù)合材料相比，金屬基復(fù)合材料不僅具有較強(qiáng)的耐高溫性和不燃燒性，而且具有高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性、抗輻射性、不吸濕和耐老化等特性。Reifsnider K L等人的試驗(yàn)觀測表明，在到達(dá)特征損傷狀態(tài)CDS（Characteristic Damage State )之前，這樣的新裂紋會一直產(chǎn)生下去。如果裂紋有足夠的長度，裂紋尖端剪應(yīng)力有可能引起界面發(fā)生破壞，導(dǎo)致裂紋轉(zhuǎn)向纖維方向擴(kuò)展。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)力不足以使纖維斷裂，裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展就受到抑制。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。熱固性樹脂具有難熔和不溶解、只能一次性加熱成型、一般不能再生的特點(diǎn)；熱塑性樹脂具有可溶解、加熱軟化和熔融，遇冷變硬并可重復(fù)進(jìn)行的特點(diǎn)。 新型