
【化】 plastic collapse
塑性破壞(Plastic Failure)是材料在持續載荷作用下發生不可逆形變後最終斷裂的失效模式。根據工程力學原理,該現象包含三個階段:
術語定義 中文術語"塑性破壞"對應英文"plastic failure",特指材料應力超過屈服強度後,材料晶格發生滑移變形,失去恢複能力直至斷裂的過程。中國機械工程學會《機械工程術語》将其定義為"材料在塑性變形階段發生的失效行為"。
破壞機制 包含彈性變形階段(應力σ≤σ_y)、均勻塑性變形(σ_y<σ≤σ_u)和局部頸縮斷裂三個階段。其數學表達式為: $$ sigma = Eepsilon quad (epsilon leq epsilon_y) sigma = Kepsilon^n quad (epsilon_y < epsilon leq epsilon_u) $$ 其中E為彈性模量,K為強度系數,n為應變硬化指數。
判定标準 依據GB/T 10623《金屬材料力學試驗術語》,塑性破壞需同時滿足:
影響因素 美國材料試驗協會ASTM E8标準指出,應變速率(10^{-3}~10^{-6}s^{-1})、溫度(室溫~0.6T_m)和材料晶格類型(FCC金屬更易發生)是主要控制參數。例如低碳鋼在常溫下典型塑性應變可達20-40%。
工程應用 英國劍橋大學材料系研究表明,壓力容器設計中需保證塑性破壞先于脆性斷裂,通過限制應力強度因子KI≤0.8K{IC}來實現失效模式控制。
塑性破壞是指材料或結構在外力作用下,經過顯著塑性變形後發生的破壞形式。其核心特征包括破壞前的明顯變形、可觀察的預兆以及特定的斷口形态。以下是詳細解釋:
塑性破壞通常發生在材料或構件承受的應力超過其屈服強度後,此時材料進入塑性變形階段,即使卸載也無法恢複原狀。當變形累積到極限時,最終導緻破壞。
特征 | 塑性破壞 | 脆性破壞 |
---|---|---|
變形量 | 大,有明顯預兆 | 小或無,突發性破壞 |
斷口形态 | 纖維狀、暗色 | 平齊、晶粒狀、有光澤 |
應力狀态 | 通常達到抗拉強度後發生 | 可能低于屈服強度即發生 |
危險性 | 較低(可提前幹預) | 較高(無預警) |
材料的塑性破壞受礦物成分、密度、溫度(如高溫熱脆、低溫冷脆)及加載方式(靜力/動力荷載)等影響。
總結來看,塑性破壞通過顯著變形提供預警,是工程中相對可控的破壞形式,而脆性破壞則更具突發風險。實際應用中需根據材料特性和工況選擇設計标準。
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