fracture toughness是什麼意思，fracture toughness的意思翻譯、用法、同義詞、例句

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專業解析

斷裂韌性（Fracture Toughness） 是材料科學和固體力學中的一個關鍵性能指标，它定量描述了含有裂紋的材料抵抗裂紋失穩擴展（即發生災難性斷裂）的能力。它反映了材料在存在缺陷或裂紋時阻止裂紋進一步擴展的韌性水平。

核心概念解釋：

1. 定義與物理意義：

   • 斷裂韌性通常用臨界應力強度因子（Critical Stress Intensity Factor）來表示，最常見的是平面應變斷裂韌性，記為 ( K_{IC} )（讀作“K-one-C”）。其标準單位為 MPa·√m 或 ksi·√in。
   • 當含有裂紋的材料承受載荷時，裂紋尖端附近會産生應力集中。應力強度因子 ( K_I )（下标 I 代表 I 型張開模式裂紋）是描述裂紋尖端附近應力場強度的一個力學參量。( K_I ) 的大小取決于載荷、裂紋尺寸、形狀以及構件的幾何形狀。
   • 斷裂韌性 ( K_{IC} ) 是材料固有的一個屬性，它代表了材料所能承受的最大應力強度因子值。 當外加載荷或裂紋尺寸增大導緻裂紋尖端的 ( KI ) 達到材料的 ( K{IC} ) 值時，裂紋就會發生快速、不穩定的擴展，導緻構件斷裂失效。
   • 因此，( K{IC} ) 是材料抵抗裂紋失穩擴展的臨界條件或門檻值。( K{IC} ) 值越高，意味着材料需要更大的載荷或更長的裂紋才會發生斷裂，即材料的抗斷能力越強。

2. 與韌性的區别：

   • 斷裂韌性 (( K_{IC} )) 與通常所說的“韌性”（Toughness，常通過沖擊試驗如夏比V型缺口沖擊試驗測得的沖擊功來表征）密切相關，但不等同。
   • 韌性是一個更寬泛的概念，指材料在斷裂前吸收能量和塑性變形的能力。沖擊韌性測試結果受試樣尺寸、缺口尖銳度、加載速率等因素影響較大。
   • 斷裂韌性 ( K_{IC} ) 則是基于斷裂力學理論，針對特定裂紋類型（I型）和特定條件（平面應變）定義的、用于定量預測含裂紋構件斷裂行為的材料常數。它更直接地與工程結構的抗斷裂設計相關。

3. 測試方法：

   • 斷裂韌性 ( K{IC} ) 通常通過标準化的試驗方法測定，最常用的是ASTM E399 标準（《Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness of Metallic Materials》）。該标準規定了試樣的幾何尺寸（如緊湊拉伸CT試樣、三點彎曲SEB試樣）、預制疲勞裂紋的要求以及測試程式，以确保在裂紋尖端獲得所需的平面應變條件和最小的塑性變形，從而測得有效的 ( K{IC} ) 值。對于某些材料（如延性較好的金屬），可能需要使用其他标準如ASTM E1820（涉及彈塑性斷裂韌性 ( J_{IC} ) 或 ( CTOD ) 的測量）。

工程應用重要性： 斷裂韌性是評估材料在存在不可避免的缺陷（如加工缺陷、疲勞裂紋、腐蝕坑等）時安全性的核心參數。在航空航天、壓力容器、橋梁、管道、核電設備等涉及高可靠性和安全性的領域，斷裂韌性是進行損傷容限設計和失效分析的基礎。工程師利用 ( K_{IC} ) 值可以預測給定裂紋尺寸下構件的臨界斷裂載荷，或者給定載荷下構件所能允許的最大安全裂紋尺寸，從而制定檢測和維修計劃，防止災難性斷裂事故的發生。

參考來源：

• 美國材料試驗協會 (ASTM International)：标準 ASTM E399 - Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness K_Ic of Metallic Materials (現行版本信息可查詢ASTM官網)。
• 美國材料試驗協會 (ASTM International)：标準 ASTM E1820 - Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness (現行版本信息可查詢ASTM官網)。
• 美國國家航空航天局 (NASA)：技術文獻如《NASA-HDBK-5010, Handbook for Metallic Materials and Structures》等材料手冊中會詳細闡述斷裂韌性及其在航空航天結構中的應用。

網絡擴展資料

Fracture Toughness（斷裂韌度） 是材料科學和斷裂力學中的關鍵參數，用于描述材料抵抗裂紋擴展的能力。以下是綜合解釋：

1.定義與物理意義

• 基本概念：斷裂韌度是材料在存在裂紋時抵抗斷裂的能力，通常用臨界應力強度因子（$K{IC}$）表示。其公式為：
  $$
  K{IC} = Y sigma sqrt{pi a}
  $$
  其中，$Y$ 為幾何修正因子，$sigma$ 為外加應力，$a$ 為裂紋長度。
• 核心作用：當材料内部的應力強度因子達到臨界值（$K_{IC}$）時，裂紋會失穩擴展并導緻斷裂。

2.實際應用

• 工程領域：用于評估金屬、陶瓷、聚合物等材料在載荷下的抗裂性能，指導結構設計（如橋梁、飛機零件）。
• 地質與岩石力學：通過計算岩石的斷裂韌度，預測壓裂裂縫的延伸高度。
• 材料開發：高斷裂韌度的材料（如合金）能顯著提升設備的安全性和耐久性。

3.測試方法

• 标準化實驗：通常采用三點彎曲試驗或緊湊拉伸試驗，測量裂紋擴展所需能量。
• 影響因素：溫度、加載速率、材料微觀結構（如晶粒尺寸）等均會影響斷裂韌度。

4.與其他參數的區别

• 與“Toughness”對比：普通韌性（Toughness）指材料整體吸收能量直至斷裂的能力，而斷裂韌度特指含裂紋材料的抗裂性能。

斷裂韌度是材料抗裂性能的核心指标，對工程安全性和材料研發具有重要意義。如需更深入的技術細節，中的學術定義及案例。

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