
【化】 mixed mode crack
【計】 mixed type
【化】 mixed type
crackle; flaw
【化】 cracking; flaw; tear
【醫】 fissura; fissure
混合型裂紋(Mixed-mode crack)是斷裂力學領域中描述複合應力狀态下裂紋擴展行為的專業術語。該概念特指在材料受力過程中,裂紋同時受到兩種或三種基本斷裂模式的共同作用。根據國際标準ASTM E399,裂紋擴展模式可分為三種基本類型:I型(張開型)、II型(滑移型)和III型(撕裂型)。混合型裂紋即這些基本模式的組合形态,如I-II型或I-II-III型複合模式。
在工程實踐中,混合型裂紋常見于航空航天結構件(如機翼連接處)和壓力容器焊縫區域。美國材料試驗協會(ASTM)研究表明,超過60%的工程結構失效案例涉及混合型裂紋的擴展。中國國家标準GB/T 20832-2018《金屬材料斷裂力學試驗方法》明确指出,混合型裂紋的應力強度因子計算需采用疊加原理,其數學表達式為: $$ K_{eff} = sqrt{KI + K{II} + frac{K_{III}}{1- u}} $$ 其中ν為材料泊松比,該公式由Irwin于1957年提出,後經Sih等人完善。
漢英術語對照方面,《英漢機械工程詞彙》(第三版)将"混合型裂紋"譯為"mixed-mode crack",其擴展速率(crack growth rate)的測定需符合ASTM E647标準要求。美國國家航空航天局(NASA)技術報告顯示,钛合金材料在I-II混合模式下的裂紋擴展速率比單一模式快40%-60%。
混合型裂紋(又稱複合型裂紋)是斷裂力學中的重要概念,指裂紋尖端同時受到多種應力場共同作用的複雜裂紋狀态。其核心特點與解釋如下:
混合型裂紋指裂紋處于多向變形狀态,裂紋尖端不再受單一應力場(如純I型、II型或III型)控制,而是兩種及以上應力場的組合作用。例如:I+II型(拉剪複合)、I+III型(拉扭複合)等組合模式。
目前斷裂力學對混合型裂紋的研究集中在三個方面:
包括飛機蒙皮鉚接處裂紋、壓力容器焊縫缺陷、風力發電機葉片疲勞裂紋等涉及多向受力的工程場景。
提示:關于裂紋分類的基礎知識可參考中對裂紋一般特征的解釋。
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