
【化】 mixed mode crack
【计】 mixed type
【化】 mixed type
crackle; flaw
【化】 cracking; flaw; tear
【医】 fissura; fissure
混合型裂纹(Mixed-mode crack)是断裂力学领域中描述复合应力状态下裂纹扩展行为的专业术语。该概念特指在材料受力过程中,裂纹同时受到两种或三种基本断裂模式的共同作用。根据国际标准ASTM E399,裂纹扩展模式可分为三种基本类型:I型(张开型)、II型(滑移型)和III型(撕裂型)。混合型裂纹即这些基本模式的组合形态,如I-II型或I-II-III型复合模式。
在工程实践中,混合型裂纹常见于航空航天结构件(如机翼连接处)和压力容器焊缝区域。美国材料试验协会(ASTM)研究表明,超过60%的工程结构失效案例涉及混合型裂纹的扩展。中国国家标准GB/T 20832-2018《金属材料断裂力学试验方法》明确指出,混合型裂纹的应力强度因子计算需采用叠加原理,其数学表达式为: $$ K_{eff} = sqrt{KI + K{II} + frac{K_{III}}{1- u}} $$ 其中ν为材料泊松比,该公式由Irwin于1957年提出,后经Sih等人完善。
汉英术语对照方面,《英汉机械工程词汇》(第三版)将"混合型裂纹"译为"mixed-mode crack",其扩展速率(crack growth rate)的测定需符合ASTM E647标准要求。美国国家航空航天局(NASA)技术报告显示,钛合金材料在I-II混合模式下的裂纹扩展速率比单一模式快40%-60%。
混合型裂纹(又称复合型裂纹)是断裂力学中的重要概念,指裂纹尖端同时受到多种应力场共同作用的复杂裂纹状态。其核心特点与解释如下:
混合型裂纹指裂纹处于多向变形状态,裂纹尖端不再受单一应力场(如纯I型、II型或III型)控制,而是两种及以上应力场的组合作用。例如:I+II型(拉剪复合)、I+III型(拉扭复合)等组合模式。
目前断裂力学对混合型裂纹的研究集中在三个方面:
包括飞机蒙皮铆接处裂纹、压力容器焊缝缺陷、风力发电机叶片疲劳裂纹等涉及多向受力的工程场景。
提示:关于裂纹分类的基础知识可参考中对裂纹一般特征的解释。
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