它描述了裂纹尖端附近的应力强度。根据构成裂纹上下两个面的相对位移,把裂纹扩展形式分成三种模式(I,II,III型)分别对应张开型、滑移型以及撕开型,如下图所示。
对于张开型(I型),在垂直于裂纹面的拉应力作用下,两裂纹面外翻;对于滑移型(II型),在平行于裂纹面且垂直于裂纹前沿的剪切应力作用下,使裂纹面相对滑动,且滑动方向垂直于裂纹前沿;对于撕开型(III型),在平行于裂纹前沿的剪切应力作用下,使裂纹面相对错位滑动,且滑动方向平行于裂纹前沿。
其中,KI是Mode I的应力强度因子;σ是远场施加的应力;a是裂纹的长度;Y是与裂纹几何形状和边界条件相关的修正系数,其值取决于裂纹在结构中的位置和几何形状。如当裂纹位于半无限板边缘(边缘裂纹)时,Y=1.12;当无限大板上存在一条长为2a的中心裂纹,且裂纹承受法向拉伸载荷时,Y=1。
2、断裂韧度(Fracture Toughness)
当外载荷引起的应力强度因 KI小于材料的 KIC时,裂纹通常是稳定的,不会扩展;当KI≥KIC时,裂纹会快速扩展,导致材料的,即为张开型(I型)裂纹的断裂判定准则。
裂纹扩展速率是指裂纹在材料中随着时间或循环载荷的增加而扩展的速度。它是研究裂纹在疲劳、应力腐蚀等环境条件下如何演变的重要参数,通常用于评估材料的使用寿命和安全性。
疲劳裂纹扩展是指在循环应力作用下,裂纹逐渐扩展的过程。疲劳裂纹扩展通常采用Paris定律来描述。对于材料在高周疲劳条件下的裂纹扩展,Paris定律用于描述裂纹扩展速率与应力强度因子范围 ΔK的关系,
2)应力腐蚀裂纹扩展
裂纹扩展分为三个主要阶段:初始阶段,裂纹扩展速率很低,裂纹的尖端塑性变形占主导,裂纹扩展较慢;稳态阶段,裂纹扩展速率与Paris定律成比例,裂纹扩展速率稳定增长;失效阶段,裂纹扩展速率急剧增加,最终导致断裂。此阶段应力强度因子接近材料的断裂韧度 KIC,裂纹扩展变得不稳定,通常伴随着材料的快速断裂。