《材料物理性能》课程教学课件（PPT讲稿）第二章 无机材料的断裂强度 2.5 显微结构对强度的影响、第三章 无机材料的断裂及裂纹扩展 3.1 断裂力学基本概念 3.2 无机材料断裂韧性测试方法

断裂强度的微裂纹理论 HY2 如何解释固体材料的实际断裂强度与理论值之间存在的差异？ 裂纹应力集中

断裂强度的微裂纹理论 如何解释固体材料的实际断裂强度与理论值之间存在的差异？ 2 裂纹应力集中

21固体材料的微裂纹理论 Griffith微裂纹理论（能量角度) 材料内部储存的弹性应变能的降低大于由于开裂形成两个新表 面所需的表面能时，裂纹将发生扩展；反之，裂纹将不会扩展。 平面应力状态下材料的断裂强度： 2E1 πC

2.1 固体材料的微裂纹理论 材料内部储存的弹性应变能的降低大于由于开裂形成两个新表 面所需的表面能时，裂纹将发生扩展；反之，裂纹将不会扩展。 Griffith微裂纹理论（能量角度） 平面应力状态下材料的断裂强度： 𝝈𝒄 = 𝟐𝑬𝜸 𝝅𝒄

2.2无机材料中微裂纹的起源 思考： 1、何种性质的无机材料具有高理论断裂强度？ EY Oth a 2、如何提高无机材料的实际断裂强度？ 2EY πC 控制断裂强度的三个参数 弹性模量E、断裂能y,裂纹半长度c 制备高强材料的方向：E和y要大，裂纹尺寸c要小

2.2 无机材料中微裂纹的起源 思考： 1、何种性质的无机材料具有高理论断裂强度？ 2、如何提高无机材料的实际断裂强度？ 𝝈𝒄 = 𝟐𝑬𝜸 𝝅𝒄 𝝈𝒕𝒉 = 𝑬𝜸 𝒂 = 控制断裂强度的三个参数 弹性模量E、断裂能 、裂纹半长度c 制备高强材料的方向：E和γ要大，裂纹尺寸c要小

2.3无机材料断裂强度测试方法 三点弯曲强度 3PL 03-pt= P为试样断裂时的临界荷载 2 bh2 实验测得试样断裂的临界荷载P为300N,三点弯曲强度为多少？ 3 300×0.03 03-pt= 2 =375×106Pa=375MPa 0.004×0.0032 实际测试时，应取3-5个试样，取其弯曲强度的平均值

2.3 无机材料断裂强度测试方法 三点弯曲强度 𝝈𝟑−𝒑𝒕 = P为试样断裂时的临界荷载 𝟑 𝟐 𝑷𝑳 𝒃𝒉𝟐 实验测得试样断裂的临界荷载P为300 N，三点弯曲强度为多少？ 𝝈𝟑−𝒑𝒕 = 𝟑 𝟐 × 𝟑𝟎𝟎 × 𝟎. 𝟎𝟑 𝟎. 𝟎𝟎𝟒 × 𝟎. 𝟎𝟎𝟑𝟐 =375 MPa 5 实际测试时，应取3-5个试样，取其弯曲强度的平均值

无机材料断裂强度测试方法 二、测试误差的影响因素 (1)加载构型 三点弯曲强度 > 四点弯曲强度 在四点弯曲加载方式下，试样承受最大拉应力作用的区域 更宽，由最危险裂纹导致断裂的几率相对较大。 6

无机材料断裂强度测试方法 二、测试误差的影响因素 （1）加载构型 三点弯曲强度 ＞ 四点弯曲强度 在四点弯曲加载方式下，试样承受最大拉应力作用的区域 更宽，由最危险裂纹导致断裂的几率相对较大。 6

无机材料断裂强度测试方法 (2)承载点 分布不对称 不在同一平面

无机材料断裂强度测试方法 （2）承载点 分布不对称 不在同一平面 7

无机材料断裂强度测试方法 （3)试样形状 >满足“弯曲梁”条件一一呈薄板状 3 300×0.03 03-pt=2×0.004×0.0032 =375 MPa 3 300×0.03 03-pt=2×0.003×0.0042 =281 MPa X 受压面和受拉面之间应严格平行，曲率半径p一→0 8

无机材料断裂强度测试方法 （3）试样形状 ➢ 满足“弯曲梁”条件——呈薄板状 h b b h 𝝈𝟑−𝒑𝒕 = 𝟑 𝟐 × 𝟑𝟎𝟎 × 𝟎. 𝟎𝟑 𝟎. 𝟎𝟎𝟒 × 𝟎. 𝟎𝟎𝟑𝟐 =375 MPa 𝝈𝟑−𝒑𝒕 = 𝟑 𝟐 × 𝟑𝟎𝟎 × 𝟎. 𝟎𝟑 𝟎. 𝟎𝟎𝟑 × 𝟎. 𝟎𝟎𝟒𝟐 =281 MPa ➢ 受压面和受拉面之间应严格平行，曲率半径ρ→0 8

无机材料断裂强度测试方法 (4)试样加工状态 研磨槽 塑性区 未抛光试样强度< 抛光试样强度 径向裂纹 侧向裂纹 机械加工裂纹形成示意图

无机材料断裂强度测试方法 （4）试样加工状态 机械加工裂纹形成示意图 未抛光试样强度 抛光试样强度 9 ＜

思考 陶瓷材料断裂强度的因素有哪些？ 化学组分 气孔率 晶粒尺寸 10

思考 陶瓷材料断裂强度的因素有哪些？ 化学组分 气孔率 晶粒尺寸 . 10

2.5显微结构对强度的影响 2.5显微结构对无机材料断裂强度的影响

2.5 显微结构对强度的影响 2.5 显微结构对无机材料断裂强度的影响