fracture toughness是什么意思，fracture toughness的意思翻译、用法、同义词、例句

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专业解析

断裂韧性（Fracture Toughness） 是材料科学和固体力学中的一个关键性能指标，它定量描述了含有裂纹的材料抵抗裂纹失稳扩展（即发生灾难性断裂）的能力。它反映了材料在存在缺陷或裂纹时阻止裂纹进一步扩展的韧性水平。

核心概念解释：

1. 定义与物理意义：

   • 断裂韧性通常用临界应力强度因子（Critical Stress Intensity Factor）来表示，最常见的是平面应变断裂韧性，记为 ( K_{IC} )（读作“K-one-C”）。其标准单位为 MPa·√m 或 ksi·√in。
   • 当含有裂纹的材料承受载荷时，裂纹尖端附近会产生应力集中。应力强度因子 ( K_I )（下标 I 代表 I 型张开模式裂纹）是描述裂纹尖端附近应力场强度的一个力学参量。( K_I ) 的大小取决于载荷、裂纹尺寸、形状以及构件的几何形状。
   • 断裂韧性 ( K_{IC} ) 是材料固有的一个属性，它代表了材料所能承受的最大应力强度因子值。 当外加载荷或裂纹尺寸增大导致裂纹尖端的 ( KI ) 达到材料的 ( K{IC} ) 值时，裂纹就会发生快速、不稳定的扩展，导致构件断裂失效。
   • 因此，( K{IC} ) 是材料抵抗裂纹失稳扩展的临界条件或门槛值。( K{IC} ) 值越高，意味着材料需要更大的载荷或更长的裂纹才会发生断裂，即材料的抗断能力越强。

2. 与韧性的区别：

   • 断裂韧性 (( K_{IC} )) 与通常所说的“韧性”（Toughness，常通过冲击试验如夏比V型缺口冲击试验测得的冲击功来表征）密切相关，但不等同。
   • 韧性是一个更宽泛的概念，指材料在断裂前吸收能量和塑性变形的能力。冲击韧性测试结果受试样尺寸、缺口尖锐度、加载速率等因素影响较大。
   • 断裂韧性 ( K_{IC} ) 则是基于断裂力学理论，针对特定裂纹类型（I型）和特定条件（平面应变）定义的、用于定量预测含裂纹构件断裂行为的材料常数。它更直接地与工程结构的抗断裂设计相关。

3. 测试方法：

   • 断裂韧性 ( K{IC} ) 通常通过标准化的试验方法测定，最常用的是ASTM E399 标准（《Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness of Metallic Materials》）。该标准规定了试样的几何尺寸（如紧凑拉伸CT试样、三点弯曲SEB试样）、预制疲劳裂纹的要求以及测试程序，以确保在裂纹尖端获得所需的平面应变条件和最小的塑性变形，从而测得有效的 ( K{IC} ) 值。对于某些材料（如延性较好的金属），可能需要使用其他标准如ASTM E1820（涉及弹塑性断裂韧性 ( J_{IC} ) 或 ( CTOD ) 的测量）。

工程应用重要性： 断裂韧性是评估材料在存在不可避免的缺陷（如加工缺陷、疲劳裂纹、腐蚀坑等）时安全性的核心参数。在航空航天、压力容器、桥梁、管道、核电设备等涉及高可靠性和安全性的领域，断裂韧性是进行损伤容限设计和失效分析的基础。工程师利用 ( K_{IC} ) 值可以预测给定裂纹尺寸下构件的临界断裂载荷，或者给定载荷下构件所能允许的最大安全裂纹尺寸，从而制定检测和维修计划，防止灾难性断裂事故的发生。

参考来源：

• 美国材料试验协会 (ASTM International)：标准 ASTM E399 - Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness K_Ic of Metallic Materials (现行版本信息可查询ASTM官网)。
• 美国材料试验协会 (ASTM International)：标准 ASTM E1820 - Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness (现行版本信息可查询ASTM官网)。
• 美国国家航空航天局 (NASA)：技术文献如《NASA-HDBK-5010, Handbook for Metallic Materials and Structures》等材料手册中会详细阐述断裂韧性及其在航空航天结构中的应用。

网络扩展资料

Fracture Toughness（断裂韧度） 是材料科学和断裂力学中的关键参数，用于描述材料抵抗裂纹扩展的能力。以下是综合解释：

1.定义与物理意义

• 基本概念：断裂韧度是材料在存在裂纹时抵抗断裂的能力，通常用临界应力强度因子（$K{IC}$）表示。其公式为：
  $$
  K{IC} = Y sigma sqrt{pi a}
  $$
  其中，$Y$ 为几何修正因子，$sigma$ 为外加应力，$a$ 为裂纹长度。
• 核心作用：当材料内部的应力强度因子达到临界值（$K_{IC}$）时，裂纹会失稳扩展并导致断裂。

2.实际应用

• 工程领域：用于评估金属、陶瓷、聚合物等材料在载荷下的抗裂性能，指导结构设计（如桥梁、飞机零件）。
• 地质与岩石力学：通过计算岩石的断裂韧度，预测压裂裂缝的延伸高度。
• 材料开发：高断裂韧度的材料（如合金）能显著提升设备的安全性和耐久性。

3.测试方法

• 标准化实验：通常采用三点弯曲试验或紧凑拉伸试验，测量裂纹扩展所需能量。
• 影响因素：温度、加载速率、材料微观结构（如晶粒尺寸）等均会影响断裂韧度。

4.与其他参数的区别

• 与“Toughness”对比：普通韧性（Toughness）指材料整体吸收能量直至断裂的能力，而断裂韧度特指含裂纹材料的抗裂性能。

断裂韧度是材料抗裂性能的核心指标，对工程安全性和材料研发具有重要意义。如需更深入的技术细节，中的学术定义及案例。

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