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斷裂力學是全國科學技術名詞審定委員會審定、公布的科技類名詞。
關於中國文字的起源[1]主要有兩種觀點:起源於刻畫符號和「圖畫文字」起源說[2]。我們現在已知的最早的文字是安陽殷墟出土的甲骨文。
名詞解釋
固體力學的一個新分支,它是研究材料和工程結構中裂紋擴展規律的一門學科。
斷裂力學所說的裂紋是指宏觀的、肉眼可見的裂紋。工程材料中的各種缺陷可近似地看作裂紋。斷裂力學的基本研究內容包括:①裂紋的起裂條件;②裂紋在外部載荷和(或)其他因素作用下的擴展過程;③裂紋擴展到什麼程度物體會發生斷裂。另外,為了工程方面的需要,還研究含裂紋的結構在什麼條件下破壞;在—定載荷下,可允許結構含有多大裂紋;在結構裂紋和結構工作條件—定的情況下,結構還有多長的壽命等。
該學科是研究含裂紋構件強度與壽命的一門固體力學的新分枝,結構損傷容限設計的理論基礎。
分為線彈性斷裂力學與彈塑性斷裂力學兩大類別,前者適用於裂紋尖端附近小範圍屈服的情況;而後者適用於裂紋尖端附近大範圍屈服的情況。彈塑性斷裂力學發展很快,但是線彈性斷裂力學在結構損傷容限設計中仍然占據重要地位。
在線彈性斷裂力學中,最重要的力學參量是應力強度因子,它控制裂紋尖端場附近的應力場和位移場。其發展史及其相關的理論可以參閱《宏微觀斷裂力學》。
背景
蓬勃發展的近代先進科學技術,對傳統的強度理論提出了挑戰。
1) 高強度材料和超高強度材料的使用
2) 構件的大型化
3) 全焊接結構的使用
形成
1957年,美國科學家G.R.Irwin提出應力強度因子的概念, 線彈性斷裂理論的重大突破,應力強度因子理論作為斷裂力學的最初分支——線彈性斷裂力學建立起來。
歷史
現代斷裂理論大約是在1948—1957年間形成,它是在當時生產實踐問題的強烈推動下,在經典Griffith理論的基礎上發展起來的,上世紀60年代是其大發展時期。
我國斷裂力學工作起步至少比國外晚了20年,直到上世紀70年代,斷裂力學才廣泛引入我國,一些單位和科技工作者逐步開展了斷裂力學的研究和應用工作。
斷裂力學是起源於20世紀初期,發展於20世紀後期,並且仍在不斷發展和完善的一門科學。因此,它是具有前沿性和挑戰性的研究成果。
斷裂力學是研究含裂紋物體的強度和裂紋擴展規律的科學,固體力學的一個分支,又稱裂紋力學。它萌芽於20世紀20年代A.A.格里菲斯對玻璃低應力脆斷的研究。其後,國際上發生了一系列重大的低應力脆斷災難性事故,促進這方面的研究,並於50年代開始形成斷裂力學。根據所研究的裂紋尖端附近材料塑性區的大小,可分為線彈性斷裂力學和彈塑性斷裂力學;根據所研究的引起材料斷裂的載荷性質,可分為斷裂(靜)力學和斷裂動力學。斷裂力學的任務是:求得各類材料的斷裂韌度;確定物體在給定外力作用下是否發生斷裂,即建立斷裂準則;研究載荷作用過程中裂紋擴展規律;研究在腐蝕環境和應力同時作用下物體的斷裂(即應力腐蝕)問題。斷裂力學已在航空、航天、交通運輸、化工、機械、材料、能源等工程領域得到廣泛應用。
斷裂力學是20世紀5O年代開始形成的。隨着航天工業等的發展出現了超高強度的材料,對於這種材料,傳統的強度設計已不能滿足需要。傳統的強度理論把材料和結構看成是沒有裂紋的完整體。實際材料和結構中存在着裂紋,但如果材料的強度較低,裂紋的存在對結構安全的影響通常並不明顯,由於在設計中採用了一定的安全係數,設計也就能夠滿足工程需要。但對於高強度材料或處在某些條件下的材料,裂紋的存在會使情況發生根本變化,這就必須考慮材料對於裂紋擴展的抵抗能力,為此引進了材料的斷裂韌性這一力學概念,並出現了斷裂力學。
在斷裂力學出現以前,由於生產知識的積累,人們曾總結出一些材料的韌性指標,如冷脆轉變溫度、衝擊能量等,它們都是一些定性的經驗的參量,只能在一定條件下用於評定材料,而不能用於設計。在美國的G.R.歐文等人的努力下,逐步建立起線彈性斷裂力學並進而發展出彈塑性斷裂力學,提出了一些描述裂紋擴展的參量,如應力強度因子、J積分、裂紋張開位移(見COD法)等,它們可以定量地用於設計。將它們和傳統的強度理論結合起來,可以設計出更安全和更經濟的工程結構。因此,在航天、核電工程等領域斷裂力學的應用越來越廣泛。
另一方面,由於裂紋頂端的一個很小的區域對於裂紋擴展規律有重要影響,因此,裂紋擴展同材料的—些微觀特性,特別是冶金性質(如晶粒大小、二相粒子、位錯等)關係極大,這就要求斷裂力學在研究中把材料工藝學、冶金學、金屬物理學等方面的成果同力學結合起來。隨着斷裂力學的發展,微觀裂紋也已進入研究範圍。在研究裂紋擴展規律時,也開始涉及裂紋產生的原因。
參考文獻
- ↑ 中國漢字是怎樣起源的?源始於殷商?文字有600年的歷史?,搜狐,2022-09-15
- ↑ 揭秘中國最古老的文字是來源圖畫還是記號?,搜狐,2017-06-05