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| 斷裂韌性 |
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斷裂韌性,材料抵抗裂紋擴展斷裂的韌性性能稱為斷裂韌性。是材料抵抗脆性破壞的韌性參數。
簡介
表徵材料阻止裂紋擴展的能力，是度量材料的韌性好壞的一個定量指標。在加載速度和溫度一定的條件下，對某種材料而言它是一個常數。當裂紋尺寸一定時，材料的斷裂韌性值愈大，其裂紋失穩擴展所需的臨界應力就愈大;當給定外力時，若材料的斷裂韌性值愈高，其裂紋達到失穩擴展時的臨界尺寸就愈大。
指材料阻止宏觀裂紋失穩擴展能力的度量，也是材料抵抗脆性破壞的韌性參數。它和裂紋本身的大小、形狀及外加應力大小無關。是材料固有的特性，只與材料本身、熱處理及加工工藝有關。是應力強度因子的臨界值。常用斷裂前物體吸收的能量或外界對物體所作的功表示。例如應力-應變曲線下的面積。韌性材料因具有大的斷裂伸長值，所以有較大的斷裂韌性，而脆性材料一般斷裂韌性較小。
評價
隨着概率斷裂力學工程應用的逐步深入，材料斷裂韌性分散性問題，已成為影響含缺陷結構概率安全評定的關鍵因素之一。合理解決材料斷裂韌性分散性是一個十分複雜的問題。一方面由於冶金過程等方面的偏差，造成材料斷裂韌性的分散性;另一方面由於試樣幾何尺寸、裂紋長度測量等試驗誤差，亦會導致測試結果的不確定性，還有不同測試規範和標準對測試數據的處理也會導致測試結果的不確定性。若缺陷位於焊接部位，影響因素將更加複雜。除上述原因外，還會有諸如焊接上藝、焊材、以及不同操作人員及焊後熱處理等因素導致斷裂韌性測試結果分散性更加嚴重。儘管分析和解決其分散性問題如此複雜，十分困難，然而，在對含缺陷焊接結構(尤其是工業鍋爐、壓力容器和管道)進行安全評定時，重點就是焊接接頭區而不是母材。如何處理斷裂韌性的分散性問題已成為工程界不可迴避的問題，也是概率安全評定應解決的基本問題之-。
對材料斷裂韌性分散性規律的研究，在理論和實踐上均已取得較大進展。
Wallin分別根據Weibuli統計模型和微結構分析模型，推得基於斷裂韌性尺I(單位:MN·m-3/2)失效準則的累積失效概率
並從理論上得到Kl服從形狀參數m:為4的Weibull分布，同時指出m1不等於4是由於測試數據不夠而造成的，並且認為延性撕裂和材料非均勻性對分散性只具有較輕微的影響。這一理論建立在裂尖小範圍有效體積基礎上。
Slatcher將裂尖等效為多個單元的串聯模型，推導出基寸:斷裂韌性，J(單位:N/inlTl)失效準則的累積失效概率
式中，a=B中，B為試樣寬度，中為常數;B=2。
這一理淪基於如下假設:
1)裂紋體能被分成若干單元，任一單元的失效意味着整體失效，各單元強度彼此獨立且同分布。
2)第一個失效單元的應力和應變與裂尖應力場強度，J和該單元到裂尖的垂直距離r有關，僅由r/J確定。
3)第一個失效單元必須位於r和O定義的區域內(r，O為該單元的柱坐標)對任何O均有Jg(O)≤r≤Jh(O)。g(O)和h(O))為o的函數，分別為該區域的內、外界限。
由式(5.2)可知，理論上斷裂韌性/服從形狀參數為2的雙參數威布爾分布。對充分小的試驗數據集，式(5.2)比對數正態分布和威布爾分布能更好地描述斷裂韌性的分布規律。
Neville提出了另一種描述斷裂韌性分布的模型，該模型不用作任何假設和近似處理。由斷裂韌性構成一個樣本u，樣本u中的子樣ui由g2，J2或K1確定，g2，J2或K1分別由CTOD、JIC和Kic的測試數據計算得到。累積失效概率由如下雙參數分布函數表達
式中，a，b為分布參數。
Neville將該模型分別對幾組斷裂韌性的測試數據進行了分析，結果表明該模型應用方便，與實測數據分布吻合較好，並略偏保守。
Hauge和Thualow分別採用Weibull分布、Log-Normal分布、Slather模型以及Neville模型，對兩組CTOD數據(86個母材和16個焊材)進行了統計分析，其主要結論如下:
1)兩組CTOD數據並非服從形狀參數為2的Weibull分布(或Slather模型);雙參數Weibull分布、Log-Normal分布和Neville分布都適宜擬合這些數據。
2)90%置信限的中位期望值可較好地由I.og-Normal分布得到;對於只有三個子樣時，能較好地等效於三個值十取最小值的方法;對大子樣，Log-Normal吻合更好。
3)對於小子樣，Log-Normal分布提供最為可靠的估計，Weibull分布和Neville模型在於樣為3和5時由於數據不夠，難以估計分布參數值。
4)數值模擬結果及擬合結果均表明Log-Normal分布無論對太子樣還是小於樣，擬合精度足夠，不是特別保守。
Mimura等對由於材料不均勻而引起斷裂韌性的分散性做了分析與試驗研究。經過從同一塊板上取樣的CharpyV型試塊試驗分析，提出了區別材料不均勻性導致的分散性與測試中導致的分散性的方法。