断裂过程与断裂力学的基本概念

断裂是机器零件服役过程中最严重的和最后的损坏形式。断裂通常可分为两种类型，一种是韧性断裂，另一种是脆性断裂。

传统的防止脆性断裂的设计方法，是在选择材料时除要求零件工作过程中承受的应力小于许用应力外，还要求材料必需具有一定大小的塑性A、Z和冲击吸收能量K。但工作过程中需要多大的A、Z和K，无法计算，只能凭经验估计，所以这样的设计方法并不能确保零件工作安全。

断裂力学认为，造成低应力脆断的主要原因是零件或结构中存在裂纹。裂纹可能是冶炼和加工过程中产生的缺陷，也可能是在服役过程中产生的。对于具体的材料，在一定的力学条件下，这些裂纹将发展并导致零件或结构的断裂。

断裂力学的任务之一，就是提出含裂纹零件或结构（裂纹体）受载的合理的力学参量，以及裂纹体断裂时，力学参量达到的临界值，即断裂判据。断裂判据一方面是力学条件，一方面是材料抵抗断裂的能力，这种表明材料抵抗断裂能力的性能指标即为断裂韧度（K_HC、δ_C、J_HC等）。(www.xing528.com)

当含裂纹物体断裂时，如果整个物体受力基本上处在线弹性状态，即只在裂纹尖端有很小的塑性区，且塑性区对裂纹尖端附近的应力应变分布影响可以忽略，这样的断裂问题叫做“线弹性断裂”问题。对于低温、高速加载或包含裂纹且断面尺寸很厚的零件，达到平面应变条件及材料本身强度高、韧性低的情况，就容易发生线弹性断裂。线弹性断裂的特点是当达到断裂的临界条件时，立即失稳断裂，试样无明显的塑性变形，断裂是脆性的。

当裂纹尖端塑性区较大，塑性区对裂纹尖端附近的应力应变的分布影响不能忽略时，裂纹尖端附近应力应变处于弹塑性状态，这样的问题叫做“弹塑性断裂”问题。对于非低温、非高速加载的试验条件和含裂纹断面尺寸较小，满足平面应力条件以及材料本身韧度较好、强度不高时，常易发生弹塑性断裂。弹塑性断裂的特点是裂纹起裂后，经历一段缓慢的稳定扩展过程，然后达到失稳扩展，断裂后有较明显的塑性变形，断裂是韧性的。

断裂力学对上述裂纹体线弹性断裂和弹塑性断裂问题，都提出了相应的描述受载过程的力学参量，达到裂纹起裂或失稳扩展的判据，以及表明材料抗断裂能力的性能指标（如K_IC、δ_C、J_IC等）。解决实际工程断裂问题的程序是，用查手册或计算的办法，寻求实际含裂纹零件或结构的断裂力学参量；从手册上或用实验的方法确定材料抗断裂性能指标，然后对比力学参量与断裂抗力的大小，进行零件安全设计或估计零件与结构在服役过程中的安全与寿命。