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1、在以往我们所学的力学知识中，通常的设计思想是把材料视为无缺陷的均匀 连续体，而现今工程实际中的构件或材料都不可避免地存在着缺陷和裂纹，因而 实际构件或材料的强度大大低于理想模型的强度。比如我们在课堂上所看的关于 美国哥伦比亚号航天飞机的失事事件，就是由于材料出现缺陷酿成的后果，在传 统设计思想中这是容易忽略的一条。断裂力学则是从构件或材料内部存在缺陷或 裂纹这一基础事实出发，恰恰弥补了传统设计思想这一严重的不足。断裂力学是以变形体为基础，研究含缺陷或裂纹材料和结构的抗断裂性能， 以及在各种工作环境下裂纹的平衡、扩展、失稳以及止裂规律的一门学科。断裂 力学在许多领域中解决了大量的生产实际问题，特
2、别是解决了抗断设计、合理选 材、适当的热处理制度和加工工艺、预测构件的疲劳寿命、制定合理的质量检测 制度和验收标准以及防止断裂事故等方面的问题。可谓是十分重要的一门学科。弹性力学的任务是：研究裂纹体的引应力场、应变场与位移场，寻找控制材 料开裂的物理参量。研究材料抵抗裂纹扩展的能力韧性指标的变化规律，确 定其数值与测定方法。建立裂纹扩展的临界条件断裂准则。含裂纹的各种几 何构件在不同载荷作用下，控制材料开裂的物理参量的计算。弹性力学的研究方法是：假设裂纹已经存在，从弹性力学或弹塑性力学的基 本方程出发，把裂纹当做边界条件，考察裂纹顶端的应力场、应变场和位移场， 设法建立这些场与控制断裂的物理参
3、量的关系和裂纹尖端附近的局部断裂条件。根据裂纹受力情况，可分为三种基本类型：张开型、划开型、撕开型。影响断裂力学的因素主要有两个：载荷大小和裂纹长度。在考虑一条宏观裂 纹的构件时，随着使用时间和次数的增加，裂纹会愈来愈长。在工作载荷较高时， 比较短的裂纹就有可能发生断裂，在工作载荷较低时，比较长的裂纹才会带来危 险。这表明表征裂端区应力变场强度的参量与载荷大小和裂纹长短有关，甚至可 能与构建的几何形状有关。线弹性断裂力学研究的对象是线弹性裂纹固体，认为裂纹体内各点的应力和 应变的关系都是线性的。研究裂纹扩散有两种观点，一种是能量观点，一种是应 力场强度的观点。我们学习了应力强度因子理论，了解了
4、应力强度因子、应力强 度因子准则（K准则）和能量准则（G准则）以及应力强度因子与能量释放率的 关系。在复合型裂纹这里，我们学到最大拉应力理论、最大能量释放率理论、应变 能密度理论。在弹塑性断裂力学中，则是学到了 COD理论和J积分理论。之后 老师还带领我们学习了解了常用断裂参数以及有关疲劳问题的一些知识、防脆断 设计等。在我们身边有关断裂力学的现象有很多，比如玻璃窗的破裂、玻璃杯忽冷忽 热的炸裂，更危险的是高压锅使用时间长了，产生的裂隙会导致爆炸。所以断裂 现象在我们身边随处可见，我们学习了这门课程之后，就要学会以断裂力学的角 度去思考这些问题，这样才能更好地把所学的知识引用到实际中。断裂力学
5、与我 们的生活是息息相关的，是一门很重要的课程。例题：火箭发射器外壳用高强度钢制作，材料厂=1500MN/m2,=1700MN/m辺，筒体内半径与壁厚之比R/t=110，在进行打压试验时，当压力 P=65kg/cm2时爆炸，从裂片分析该壳体焊接处存在轴向的半椭圆形表面裂纹， 2c=10mm，a=2mm，焊缝处材料人二=55.78MN/m/2,试从常规强度观点和断裂力解:取如图所示坐标系xoy,贝V,二牛二 65 x9.81 xlO4 xllO xlO6 = 701 MN/m er=2crv = 1402 MN/m rXy = 0o按最大拉应力理论，应该有6八八厂鼻厂而 b. = 1-一 1二
6、；1 一、1二 =所以，构件是安全的。 按最大剪应力理论，应该有而imb：，所以构件是安全的按断裂力学的理论，所给问题可以理想化为半“无限大”体具有表面半椭圆形裂 纹受均匀拉伸应力作用的情况，其应力强度因子可写为：K = acr式中a为几何形状因子，查表可得a=1.12xl/E(k),考虑到裂尖处由于高度的应力集中引起的小塑性区，a可修正为E (k)为第二类完整椭圆积分，可查表得到。取cr 二 er】二 1402 MN/m 2 ,则14q =EW2 -0.212（r=1.5037 2 - 0.212 （2二）訂2 = a/2.0761500”1.12 b J嬴1.12 x 1402 Jo.002 tta/2.076J - 33=S6.39MN/m 255.78 MN/m 2 = K1C，由此可见，爆炸原因是裂纹的扩展和失稳引起的。
