断裂力学的发展与研究现状 - glearningtjueducn

浅谈断裂力学的发展与研究现状X单丙娟(大庆市三环钻井工程有限公司) 摘　要:本文通过对断裂力学的创立和发展的讨论,进一步说明科学技术与生产实践的进步是断裂力学产生的根本原因,继承和突破是断裂力学发展的基本途径,断裂力学的发展与生产实践紧密相关为基本论点,以及对新材料断裂理论的探索与对未来断裂力学的展望。

关键词:断裂力学;基本理论;断裂准则;发展;现状 断裂力学是近几十年才发展起来的一支新兴学科,也是固体力学的新分支,是二十世纪六十年代发展起来的一门边缘学科。

它从宏观的连续介质力学角度出发,研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件作用下宏观裂纹的扩展、失稳开裂、传播和止裂规律。

断裂力学应用力学成就研究含缺陷材料和结构的破坏问题,由于它与材料或结构的安全问题直接相关,因此它虽然起步晚,但实验与理论均发展迅速,并在工程上得到了广泛应用。

它不仅是材料力学的发展与充实,而且它还涉及金属物理学、冶金学、材料科学、计算数学等等学科内容。

断裂力学的创立对航天航空、军工等现代科学技术部门都产生了重大影响。

随着科学技术的发展,断裂力学这门新的学科在生产实践中得到越来越广泛的应用。

1　断裂力学的发展十七世纪以来,工程构件的安全可靠性与材料的经济性这对矛盾的解决是材料力学的主要任务之一,在某种意义上讲,构件的安全可靠性是需要首先考虑的,只有在确信构件安全可靠的前提下,人们才能去考虑构件材料的经济性。

在没有新的理论之前,在材料力学中,对于某一构件来说,用传统的强度计算来确保其安全可靠性。

但是,近几十年来,世界各国生产实践表明,按传统的强度理论设计的构件,虽然满足了强度计算,有时也会意外地发生低应力断裂破坏事故,无情的事实尖锐地揭示了人们长久以来使用的传统强度理论的局限性。

随着工业生产的发展,高强度钢结构、大型锻件和焊接结构等使用越来越广泛。

在实际使用中,这些结构常常发生意外的低应力脆性断裂事故。

所以材料的脆断越来越引起了人们的重视。

断裂力学的发展与及应用机械四班第一小组指导老师：胡xx摘要断裂力学这一固体力学的新分支就是二十世纪六十年代发展起来的一门边缘学科。

它不仅是材料力学的发展与充实,而且它还涉及金属物理学、冶金学、材料科学、计算数学等等学科内容。

断裂力学的创立对航天航空、军工等现代科学技术部门都产生了重大影响。

随着科学技术的发展,断裂力学这门新的学科在生产实践中得到越来越广泛的应用。

以此同时,断裂力学也得到不断地发展和充实。

关键词发展史现状应用1.发展简史近几十年来,世界各国生产实践表明,按传统的强度理论设计的构件,虽然材料强度满足了许用应力,有时也会意外地发生低应力断裂破坏事故,无情的事实尖锐地揭示了人们长久以来使用的传统强度理论的局限性。

人们通过对断裂事故的分析和大量的实验研究,说明低应力脆性断裂总是由裂纹扩展所导致的。

这就催生了断裂力学的产生。

经典断裂力学包括线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、断裂动力学、刚塑性断裂力学、粘弹性断裂力学、断裂动力学、复合材料断裂力学等分支．从宏观的连续介质力学角度出发，研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件(荷载、温度、介质腐蚀、中子辐射等)作用下宏观裂纹的扩展、失稳开裂、传播和止裂规律。

2.发展现状2.1现存矛盾由于是一门新学科，断裂力学现在还存在的一些问题。

经典断裂力学源于Griffith的断裂理论，是建立在奇异性基础上的，即均基于裂纹顶端应力与应变为无限大的模式展开的．弹性力学求出的应力分量，在裂纹顶端处为无限大，即所谓的奇异性。

奇异性断裂力学在物理上存在本质的缺陷，其一，在实际中发现的裂纹，其上、下表面间距，以及裂纹顶端曲率半径，都是有限值，不等于零；其二，实际裂纹，即使在裂纹顶端，应力与应变均为有限值，不存在所谓应力与应变的奇异性．这样，基于数学尖裂纹和应力奇异性的物理量缺乏坚实的物理基础．为了完善理论，可采用比较符合真实情形的半圆形顶端的钝裂纹(或切VI)模型，但钝裂纹的曲率半径的测量需要用金相的方法来测出，这又促使了金相断裂力学的发展。

断裂力学程靳【原创版】目录1.断裂力学的概念2.断裂力学的发展历程3.断裂力学的应用4.断裂力学的未来发展趋势正文一、断裂力学的概念断裂力学，作为固体力学的一个重要分支，主要研究在外部载荷或内部应力作用下，材料发生的断裂现象及其规律。

断裂力学旨在揭示材料在断裂过程中的力学行为，从而为材料设计、制造和使用提供理论依据。

二、断裂力学的发展历程1.20 世纪 50 年代，断裂力学作为一门独立的学科逐渐形成，程靳教授是我国断裂力学研究的奠基人之一。

2.20 世纪 60 年代，断裂力学得到了迅速发展，研究领域逐渐扩大，开始涉及到多种材料和结构的断裂问题。

3.20 世纪 70 年代，随着计算机技术的飞速发展，断裂力学进入了数值模拟阶段，可以更精确地预测材料在断裂过程中的行为。

4.21 世纪以来，断裂力学与材料科学、纳米技术等新兴学科相互融合，不断推动着断裂力学的发展。

三、断裂力学的应用断裂力学在工程领域具有广泛的应用，包括：1.航空航天领域：断裂力学为飞机、火箭等飞行器的结构设计提供了重要的理论依据。

2.建筑领域：断裂力学为建筑结构的安全性评估和抗震设计提供了重要的参考。

3.能源领域：断裂力学在核电站、油气管道等能源设施的设计和运行中发挥着重要作用。

4.交通领域：断裂力学在汽车、火车、船舶等交通工具的结构设计中具有重要应用。

四、断裂力学的未来发展趋势1.随着新材料、新结构的不断涌现，断裂力学将不断拓展研究领域，寻求新的断裂规律。

2.断裂力学将与计算机科学、人工智能等技术紧密结合，发展更为高效、精确的数值模拟方法。

3.断裂力学将更加注重多尺度、多物理场的综合研究，提高对材料断裂行为的预测能力。

断裂力学的发展与研究现状一、断裂力学概述断裂力学是一门研究材料或结构在断裂过程中力学行为的学科。

它专注于理解材料的微观结构和性能，以及在外力作用下材料裂纹萌生、扩展和断裂的机制。

断裂力学在工程应用中具有非常重要的意义，因为材料的断裂会直接导致灾难性的后果。

二、断裂力学的发展自20世纪60年代以来，断裂力学得到了迅速的发展。

这个领域的研究可以分为两个主要方向：线性断裂力学和非线性断裂力学。

1. 线性断裂力学：线性断裂力学研究裂纹在材料中扩展的规律，其理论基础主要是弹性力学和塑性力学。

这个方向的主要目标是预测裂纹扩展的速率，以及裂纹对材料性能的影响。

2. 非线性断裂力学：非线性断裂力学研究裂纹在非线性材料中扩展的规律。

这种材料的行为会随着裂纹的扩展而改变，因此需要使用更复杂的模型来描述。

非线性断裂力学的研究对于理解复合材料、金属、陶瓷等材料的断裂行为非常重要。

三、断裂力学的研究现状当前，断裂力学的研究主要集中在以下几个方向：1. 疲劳裂纹扩展研究：疲劳裂纹扩展是工程结构中最常见的断裂形式之一。

这个方向的研究主要关注疲劳裂纹的萌生和扩展机制，以及如何预测疲劳寿命。

2. 复合材料断裂研究：复合材料由于其各向异性和非线性特性，其断裂行为比金属材料更为复杂。

这个方向的研究主要关注复合材料的分层、脱层、破碎等行为，以及如何优化复合材料的结构设计。

3. 微裂纹扩展研究：微裂纹在材料中广泛存在，其对材料的性能和安全性具有重要影响。

这个方向的研究主要关注微裂纹的萌生、扩展和聚集机制，以及如何检测和预防微裂纹的产生。

4. 跨尺度断裂力学研究：这个方向的研究关注在不同尺度（如微观、介观和宏观）下材料的断裂行为。

它涉及到材料在不同尺度下的物理性质，以及不同尺度之间的相互作用。

这种跨尺度的方法有助于更全面地理解材料的断裂行为。

四、未来研究方向与挑战随着科学技术的发展，断裂力学仍面临许多新的挑战和研究机会。

未来几年，以下几个方向可能会成为研究的热点：1. 高性能计算与模拟：随着计算机技术的发展，高性能计算和模拟已经成为解决复杂工程问题的关键工具。

断裂力学的研究进展和现状周刚发布时间：2021-08-09T06:37:53.384Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第8期作者：周刚[导读] 本文还介绍了宏、微观断裂力学的发展动态，对两者的研究方法进行比较分析，得出异同及结合点。

身份证号：61012519810308xxxx摘要：本文在梳理有关断裂力学的主要著作、国内外主要会议的基础上，介绍了断裂力学理论的研究进展与发展现状，主要涵盖以下方面，即断裂力学的起源与发展动态，断裂力学主要试验标准分析和总结，断裂力学的主要工业应用领域及评估标准分析，数值模拟技术在断裂力学中的应用。

本文还介绍了宏、微观断裂力学的发展动态，对两者的研究方法进行比较分析，得出异同及结合点。

关键词：断裂力学，研究进展，现状1、断裂力学的概述断裂力学是为解决机械结构断裂问题而发展起来的力学分支，是近几十年才发展起来的一支新兴学科。

它将力学、物理学、材料学及数学、工程科学紧密结合，从宏观的连续介质力学角度出发，研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件(荷载、温度、介质腐蚀、中子辐射等)作用下宏观裂纹的扩展、失稳开裂、传播和止裂规律[1]。

断裂力学的关注点在于如何建立评定带缺陷或裂纹运行的机械结构的安全性标准以及怎样预防断裂事故的产生。

虽然它起步较晚，但随着当今社会的快速发展，已经在航空航天、桥梁、铁路、船舶等工程领域得到了广泛地应用。

2、断裂力学的起源与发展动态早在1920年，英国的物理学家Griffith在对玻璃的断裂研究中就提出了断裂力学概念[2]。

随后，他提出了能量释放率理论，这奠定了断裂力学的基础。

此后，有许多学者都开始致力于对格氏理论研究的发展。

1960年，Irwin在经过实验计算后建立了临界应力强度因子准则，进而奠定了线弹性断裂力学的理论基础[3]。

我国对于断裂力学的研究可追溯到二十世纪。

20世纪40年代，李四光出版的专著《地质力学之基础与方法》中应用Griffith的断裂理论以解释地质学中断层运动与地震现象[4]。

断裂力学的发展及应用断裂力学是研究材料或结构在受到外力作用下发生断裂的科学学科。

它在材料科学、工程力学、机械工程、航空航天工程等领域得到了广泛应用。

本文将从断裂力学的发展历程、理论基础和应用领域等方面进行阐述。

断裂力学的发展可以追溯到19世纪60年代的英国。

当时，材料的断裂行为被认为是不可控的，因此无法进行可靠的工程设计和分析。

然而，随着强度学说的发展和研究方法技术的进步，人们开始关注材料的断裂现象，并逐渐形成了断裂力学的理论框架。

断裂力学的理论基础主要有线弹性断裂力学和粘弹性断裂力学两个方面。

线弹性断裂力学主要研究刚性材料的断裂行为，在应力达到材料的破坏强度时，材料会发生断裂现象。

粘弹性断裂力学则是研究粘弹性材料在外力作用下的破坏行为，强调材料的时间依赖性。

断裂力学的应用十分广泛。

首先，在材料科学领域，断裂力学的研究可以帮助科学家、工程师更好地理解材料的断裂机制、破坏过程和破坏特征，为新材料的开发和设计提供理论指导。

例如，在航空航天工程中，断裂力学可以用于研究飞机结构的疲劳寿命和断裂危险性，以确保飞机的安全飞行。

其次，断裂力学对工程力学领域也有着重要的意义。

通过引入断裂力学，可以对工程结构和构件的破坏行为进行预测和分析，从而提高结构的安全性和可靠性。

例如，在建筑工程中，通过断裂力学可以研究混凝土、钢筋等材料的断裂行为，为建筑物的设计和施工提供技术支持。

此外，断裂力学还被广泛应用于汽车工程、机械工程、电子工程等领域。

在汽车工程中，断裂力学可以用于研究汽车材料的断裂特性和疲劳寿命，为汽车的制造和安全性评估提供依据。

在机械工程中，断裂力学可以用于分析和优化机械零件的设计，提高机械设备的使用寿命和可靠性。

在电子工程中，断裂力学可以研究材料的可靠性和耐久性，提高电子设备的性能和稳定性。

总之，断裂力学的发展及应用不仅推动了材料科学、工程力学等学科的进步，也在各个领域为科学研究和工程设计提供了理论基础和实际指导。

断裂与损伤力学的发展及应用断裂力学是固体力学的新分支，断裂力学作为一门真正的学科，还只是近十几年的事。

但它发展异常快速，是目前固体力学中最活跃的一个分支，在许多工程技术部门都产生了重大的影响，体现了它巨大的生命力量，已经被广泛地用来解决各种工程实际问题。

在国内外都有不少应用断裂与损伤力学解决工程成功的案例。

随着科技的发展，我们逐渐的把断裂与损伤力学应用到了混凝土的领域，并也取得了一定的成就。

由于断裂力学还是新兴学科，历史还比较短，在实践方面还有很多经验不足。

标签：断裂与损伤力学；基本理论；断裂准则断裂与损伤力学作为一门真正的学科，还只是近十几年的事。

在最近的几十年里，在第二次世界大战之后，随着设备和结构的大型化、设计应力的提高、高强度和超高强度材料的使用、焊接工艺的普遍采用以及设备与结构使用条件的严酷化（温度、介质、原子辐照、栽荷变动等），常规强度理论发生不合理的情况日益变多。

按原来的理论思想设计的设备或结构，会在短期内发生灾难性的破坏。

断裂力学应用力学起步于结构和材料，由于断裂与损伤力学与结构和材料直接相关，虽然历史很短，但已经解决了不少的工程实际问题。

损伤力学只是固体力学的一个分支学科，是遇到实际工程意义而产生的。

它经历了从无到有的过程，是一个非常热门的学科。

1、断裂力学和损伤力学的应用1.1 岩石断裂与损伤力学岩石破坏类型可以分为纵向破坏、剪切破坏、拉伸破坏。

纵向破坏主要是在极限抗压情况下，产生与轴向一致的裂缝，与受力方向一致。

在围压和轴压的共同作用下会出现剪切变形，裂缝与主应力方向呈现一定的夹角就是剪切变形。

这种破坏类型大都出现在地表断层和地震受损的房层中。

拉伸破壞是在轴对称中心受拉所产生的破坏，破坏面有很明显的分离，破坏面与破坏面之间有较大的错层。

岩石断裂力学是研究岩石介质的不均匀性对结构的破坏程度的大小，因此它要面临受压、受拉等多种不同情况。

在实验过程中，闭合裂纹大都是受压过程产生的，闭合裂纹有以下特征：1）剪切破坏，是因为两个裂纹面之间只产滑移。

《弹塑性断裂力学》一、断裂力学研究现状与进展断裂力学是近几十年才发展起来的一支新兴学科，也是固体力学的新分支，是二十世纪六十年代发展起来的一门边缘学科。

它从宏观的连续介质力学角度出发，研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件作用下宏观裂纹的扩展、失稳开裂、传播和止裂规律。

断裂力学应用力学成就研究含缺陷材料和结构的破坏问题，由于它与材料或结构的安全问题直接相关，因此它虽然起步晚，但实验与理论均发展迅速，并在工程上得到了广泛应用。

它不仅是材料力学的发展与充实，而且它还涉及金属物理学、冶金学、材料科学、计算数学等等学科内容。

断裂力学的创立对航天航空、军工等现代科学技术部门都产生了重大影响。

随着科学技术的发展，断裂力学这门新的学科在生产实践中得到越来越广泛的应用。

断裂力学包括线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、刚塑性断裂力学、粘弹性断裂力学、断裂动力学、复合材料断裂力学等分支。

断裂力学的发展主要是线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、断裂动力学这三种经典断裂力学的发展。

1921年,Griffith用弹性体能量平衡的观点研究了玻璃、陶瓷等脆性材料中的裂纹扩展问题，提出了脆性材料裂纹扩展的能量准则。

1955年，Irwin用弹性力学理论分析了裂纹尖端应力应变场后提出了对于三种类型裂纹尖端领域的应力场与位移场公式。

弹塑性断裂与脆性断裂不同，在裂纹开裂以后出现明显的亚临界裂纹扩展(稳态扩展),达到一定的长度后才发生失稳扩展而破坏.而脆性断裂无明显的临界裂纹扩展，裂纹开裂与扩展几乎同时发生。

弹塑性断裂准则分为两类，第一类准则以裂纹开裂为根据，如COD准则，J积分准则；第二类准则以裂纹失效为根据，如R阻力曲线法，非线性断裂韧度G法。

1965年Wells在大量实验的基础上，提出以裂纹尖端的张开位移描述其应力、应变场。

1968年,Rice提出了J积分理论.以J积分为参数并建立断裂准则。

弹塑性断裂力学的重要成就是HRR解。

硬化材料I型裂纹尖端应力应变场的弹塑性分析是由Hutchinson，Rice与Rosengren(1968)解决的,故称为HRR理论。