
【化】 unstable crack growth; unstable crack propagation
失穩裂紋擴展(Unstable Crack Propagation)指材料在載荷作用下,裂紋尖端應力強度因子超過臨界值後發生的快速、不可控的裂紋增長過程。該現象是斷裂力學的核心概念,常見于工程結構失效分析。以下從漢英詞典角度解析其定義與機理:
臨界應力強度因子(K~IC~)
當裂紋尖端的應力強度因子(K)達到材料的斷裂韌性(K~IC~)時,裂紋從穩定擴展轉為失穩擴展。公式表示為:
$$
K geq K_{IC}
$$
此時材料抵抗裂紋擴展的能力耗盡。
能量釋放率驅動
根據格裡菲斯理論,裂紋擴展需滿足能量平衡:
$$
G geq G_c
$$
其中 ( G ) 為應變能釋放率,( G_c ) 為臨界能量釋放率,失穩擴展時 ( G ) 隨裂紋增長持續上升。
定義斷裂韌性K~IC~的測試方法,為判斷失穩擴展提供标準依據(來源:ASTM International)。
系統論述失穩擴展的能量判據與動力學模型(來源:CRC Press, ISBN 978-0849316562)。
多篇研究驗證失穩擴展的微觀機制與預測方法(來源:Elsevier)。
中文釋義 | 英文釋義 |
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裂紋在臨界載荷下失去穩定性,迅速貫穿材料導緻斷裂 | Rapid acceleration of crack growth when applied load exceeds critical value, leading to catastrophic failure |
該術語在工程實踐中強調臨界狀态的突變性,需通過斷裂韌性測試量化評估材料抗失穩能力。
失穩裂紋擴展是材料或結構中裂紋在達到臨界條件後突然快速生長,導緻結構失效的現象。以下是綜合解釋:
失穩裂紋擴展指當外力或應力達到臨界值時,裂紋無需繼續加載即可自行加速擴展,并以音速增長直至斷裂的過程。與穩定擴展不同,穩定擴展需持續加載才能緩慢延長裂紋,而失穩擴展具有突發性和不可控性。
根據斷裂力學理論,失穩擴展需滿足兩個條件:
失穩擴展是結構安全的重要威脅,需通過斷裂力學評估臨界裂紋尺寸和應力阈值,避免災難性失效。例如,航空航天、橋梁等關鍵結構需嚴格控制裂紋擴展行為。
失穩裂紋擴展是裂紋從可控生長轉為失控的過程,其本質是力學平衡的破壞。理解這一現象有助于優化材料選擇和結構設計,提升工程安全性。如需進一步了解公式推導或案例,可參考斷裂力學相關文獻。
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