《材料物理性能》课程教学课件（PPT讲稿）第二部分 材料的断裂

第二部分 材料的断裂

第二部分

弹性形变 材料受力 塑性形变 断裂 粘性形变 蠕变 应力增大

材料受力 弹性形变 塑性形变 粘性形变 蠕变 断裂 应力增大

断裂现象 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，分成若干部分。 断裂的分类 随着材料温度、应力状态、加载速度的不同，材料的断裂表 现出多种类型。 根据断裂前发生塑性形变的情况，大体上可把材料分为： >延性断裂（韧性断裂） 是材料在断裂前及断裂过程中已经经历了明显宏观塑性变 形的过程

断裂现象 l 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，分成若干部分。 l 断裂的分类 随着材料温度、应力状态、加载速度的不同，材料的断裂表 现出多种类型。 根据断裂前发生塑性形变的情况，大体上可把材料分为: Ø 延性断裂(韧性断裂) 是材料在断裂前及断裂过程中已经经历了明显宏观塑性变 形的过程

>脆性断裂 是材料断裂前没有明显的宏观塑性变形，没有明显的迹象，往往 表现为突然发生的快速断裂过程。 根据断裂时应力和时间的关系，断裂大致可以分为两大类： >一类称为瞬时断裂，指的是在以较快的速率持续增大的应 力作用下发生的断裂； >另一类称为延迟断裂，包括材料在以缓慢的速率持续增大 的外力作用下发生的断裂、材料在承受恒定外力作用一段 时间之后发生的断裂以及以及材料在交变荷载作用一段时 间之后发生的断裂等。延迟断裂有时也称为疲劳断裂

根据断裂时应力和时间的关系，断裂大致可以分为两大类： Ø 一类称为瞬时断裂，指的是在以较快的速率持续增大的应 力作用下发生的断裂； Ø 另一类称为延迟断裂，包括材料在以缓慢的速率持续增大 的外力作用下发生的断裂、材料在承受恒定 外力作用一段 时间之后发生的断裂以及以及材料在交变荷载作用一段时 间之后发生的断裂等。延迟断裂有时也称为疲劳断裂 Ø 脆性断裂 是材料断裂前没有明显的宏观塑性变形,没有明显的迹象，往往 表现为突然发生的快速断裂过程

2.1断裂强度的微裂纹理论 2.1.1固体材料的理论断裂强度 所谓固体材料的理论断裂强度，就是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。 断裂本质是破坏原子间的结合力 原子间结合力 应力应变关系 理论断裂强度 不同的组成 不同的结构 使问题复杂化 不同的键合方式

2.1.1 固体材料的理论断裂强度 2.1 断裂强度的微裂纹理论 l 所谓固体材料的理论断裂强度，就是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。 断裂本质是破坏原子间的结合力 原子间结合力 应力应变关系 理论断裂强度 不同的组成 不同的结构 不同的键合方式 使问题复杂化

●Orowan近似： Orowan:提出以正弦曲线来近似 原子间约束力σ随原子间的距离) a0022 的变化曲线： -osir2) σh为理论断裂强度；入为正弦曲线的波长

l Orowan近似： Orowan提出以正弦曲线来近似 原子间约束力随原子间的距离λ 的变化曲线： th为理论断裂强度；λ为正弦曲线的波长

在对材料施以逐渐最大的外力作用时，2.1曲线可以视作材料 的受力变形曲线，当外力由0瞬间增大至σh从而导致材料 断裂这一过程中，外力所作的功v可以计算如下： /2 2元X 2m[-c0s入] 2πX,分 v= Oth sin 0 入 2元 X6th

λ 2 = λσth π 在对材料施以逐渐最大的外力作用时，2.1曲线可以视作材料 的受力变形曲线 ，当外力由 0 瞬间增大至σth从而导致材料 断裂这一过程中，外力所作的功 v 可以计算如下:

能量守衡理论 固体在拉伸应力的作用下做功，转变成由于伸长而 储存了弹性应变能，断裂时，弹性应变能提供了新生断 面所需的表面能。即： V=2y= 20h π ↓ 2Y O th

固体在拉伸应力的作用下做功，转变成由于伸长而 储存了弹性应变能，断裂时，弹性应变能提供了新生断 面所需的表面能。即： l 能量守衡理论 2 th       2 th    

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 关系曲线服从胡克定律，根据胡克定律： 0=E8= E 式中，E为材料弹性模量， a a为原子的平衡间距，近似等于晶格常数 2πX 2元X sin Oth 2 代入a=ir2x) 0=EE= E Ey 0

在接近平衡位置0的区域内，原子间约束力 随原子间距离x的变化 关系曲线服从胡克定律，根据胡克定律： 式中，E为材料弹性模量， a为原子的平衡间距，近似等于晶格常数 2 th     代入

虽然只是对固体材料理论断裂强度的一个粗略估计，但对所 有固体均能应用而无需涉及原子间的具体结合力。一般材料 的表面能大致约为其弹性模量与晶格常数的乘积的1/100， 因此：

虽然只是对固体材料理论断裂强度的一个粗略估计，但对所 有固体均能应用而无需涉及原子间的具体结合力。一般材料 的表面能大致约为其弹性模量与晶格常数的乘积的1/100， 因此：