《材料物理性能》课程教学资源（PPT课件）材料的断裂强度

第三节材料的断裂强度

一般固体材料在外力作用下，受力变形情况： 1、首先产生正应力下的弹性形变和剪应力下的弹性畸变，随着外力的移去，这两种形变 都会完全恢复。 2、在足够大的剪应力作用下，材料中的晶体部分将选择最易滑移的系统发生晶粒内部的 位错滑移，宏观上表现为塑性形变。环境温度较高时，无机材料中的晶界非晶相以及玻 璃、有机高分子材料等非晶态材料则会产生另一种形变一黏性流动，宏观上表现为材 料的黏性流动。这两种形变为不可恢复的永久形变。当剪应力降低时，塑性形变及黏性 流动减缓甚至终止。 3、当材料长期受载（尤其在高温环境中受载），上述的塑性形变及黏性形变将随时 间的延续而具有不同的速率，这就是材料的蠕变。 4、随着外加作用应力的持续增大或应力作用时间的延续，材料在形变达到一定程度之后 将发生断裂

一般固体材料在外力作用下，受力变形情况： 1、首先产生正应力下的弹性形变和剪应力下的弹性畸变，随着外力的移去，这两种形变 都会完全恢复。 2、在足够大的剪应力作用下，材料中的晶体部分将选择最易滑移的系统发生晶粒内部的 位错滑移，宏观上表现为塑性形变。环境温度较高时，无机材料中的晶界非晶相以及玻 璃、有机高分子材料等非晶态材料则会产生另一种形变——黏性流动，宏观上表现为材 料的黏性流动。这两种形变为不可恢复的永久形变。当剪应力降低时，塑性形变及黏性 流动减缓甚至终止。 4、随着外加作用应力的持续增大或应力作用时间的延续，材料在形变达到一定程度之后 将发生断裂 3、当材料长期受载（尤其在高温环境中受载），上述的塑性形变及黏性形变将随时 间的延续而具有不同的速率，这就是材料的蠕变

对于断裂，大致可以分为两大类： 瞬时断裂 在以较快的速度持续增大的应力作用下发生的断裂。 延迟断裂（疲劳断裂） (1)材料在以缓慢的速率持续增大的外力作用下发生的断裂； (2)材料在承受外力作用一段时间之后发生的断裂； (3)材料在交变荷载作用一段时间之后发生的断裂。 评价材料断裂行为的一个最为重要的参数是断裂强度

对于断裂，大致可以分为两大类： 瞬时断裂 延迟断裂（疲劳断裂） 在以较快的速度持续增大的应力作用下发生的断裂。 （1）材料在以缓慢的速率持续增大的外力作用下发生的断裂； （2）材料在承受外力作用一段时间之后发生的断裂； （3）材料在交变荷载作用一段时间之后发生的断裂。 评价材料断裂行为的一个最为重要的参数是断裂强度

主要内容： 1.断裂强度的微裂纹理论 2微裂纹的起源 3.断裂强度的测试方法 4.显微结构对断裂强度的影响

主要内容： 1.断裂强度的微裂纹理论 2 微裂纹的起源 3.断裂强度的测试方法 4.显微结构对断裂强度的影响

本节课重点内容： 。裂纹尖端应力集中区域的力场和应变场分布； 裂纹生长、扩展最终导致断裂的动态过程和规律 ·抑制裂纹扩展、防止材料断裂的条件

本节课重点内容： • 裂纹尖端应力集中区域的力场和应变场分布； • 裂纹生长、扩展最终导致断裂的动态过程和规律； • 抑制裂纹扩展、防止材料断裂的条件

固体材料的微裂纹理论 固体材料的微裂纹理论

固体材料的微裂纹理论 固体材料的微裂纹理论

2.1.1固体材料的理论断裂强度 理论断裂强度一一固体材料断裂强度在理论上可能达到的最高值，又称为 理论结合强度。 推导理论断裂强度，必须从原子间的结合力入手，只有克服了原子间结 合力，材料才能断裂

2.1.1 固体材料的理论断裂强度 理论断裂强度——固体材料断裂强度在理论上可能达到的最高值，又称为 理论结合强度。 推导理论断裂强度，必须从原子间的结合力入手，只有克服了原子间结 合力，材料才能断裂

模型：orowan提出以正弦曲线来近似原子间约束力c随X的变化曲线 Orowan:近似 0一理论断裂强度、入一正弦曲线波长 Oih ■■■■■■■■■■ X /2 a=ousin) (2.1)

Orowan近似 x  /2 th 0 a0  = th sin 2x （  ） 模型：orowan提出以正弦曲线来近似原子间约束力随X的变化曲线 σth—理论断裂强度、—正弦曲线波长 （2.1）

当外力由0逐渐增大至0从而导致材料断裂这一过程，外力所做的功可以计算如下： λ/2 v- 2X1全_0 2mx_0h[-c0s元] Om sin-元= 2π 材料断裂时产生两个新表面，所以只有当外力所做的功大于或等于材料产生两个新表 面所需的表面能时，材料发生断裂，设表面能为Y,则由V=2Y可得： Aoth 2y π 得： 2πY为 0h=1 (2.3)

λ 2 当外力由0 逐渐增大至σth从而导致材料断裂这一过程，外力所做的功可以计算如下： 材料断裂时产生两个新表面，所以只有当外力所做的功大于或等于材料产生两个新表 面所需的表面能时，材料发生断裂,设表面能为，则由=2  可得： th = 2   s  得： （2.3）

在接近平衡位置0的区域内，原子间约束力σ随原子间距离x的变化关系服从胡克定律： o=E:=~E (2.4) a α为原子间的平衡距离，可近似处理为材料的晶格常数。 2πx2πx 当x很小时， sin- 入 (2.5) 将式（2.3)、（2.4)、（2.5)代入式（2.1)即可得到理论断裂强度的近似值： 理论断裂强度：

在接近平衡位置0的区域内，原子间约束力σ随原子间距离x的变化关系服从胡克定律： a为原子间的平衡距离，可近似处理为材料的晶格常数。 （2.4） 当x很小时， （2.5） 理论断裂强度： 将式（2.3）、（2.4）、（2.5）代入式（2.1）即可得到理论断裂强度的近似值：