陶瓷材料斷裂力學(xué)

引言1

第1章基本概念和基本理論4

1.1斷裂強(qiáng)度的微裂紋理論5

1.1.1固體材料的理論斷裂強(qiáng)度5

1.1.2Inglis 應(yīng)力集中理論9

1.1.3Griffith 能量平衡理論12

1.1.4Obreimoff 實(shí)驗(yàn)16

1.1.5斷裂強(qiáng)度的微裂紋理論18

1.2斷裂力學(xué)參數(shù)19

1.2.1裂紋系統(tǒng)的機(jī)械能釋放率20

1.2.2裂紋尖端處的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度22

1.2.3機(jī)械能釋放率與應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的等效性26

1.2.4裂紋擴(kuò)展判據(jù)28

1.3特殊裂紋系統(tǒng)的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度29

1.3.1均勻承載裂紋系統(tǒng)30

1.3.2非均勻承載裂紋系統(tǒng)32

1.3.3表面半橢圓形裂紋系統(tǒng)34

1.4含裂紋體的斷裂判據(jù)36

1.5裂紋尖端附近的非線(xiàn)性區(qū)39

1.5.1Irwin\|Orowan 非線(xiàn)性裂紋尖端模型41

1.5.2Dugdale\|Barenblatt 裂紋尖端模型43

1.6J積分概念45

1.7結(jié)束語(yǔ)47

參考文獻(xiàn)48

第2章平面應(yīng)變斷裂韌性及其測(cè)試49

2.1平面應(yīng)變斷裂韌性49

2.1.1平面應(yīng)變與平面應(yīng)力的比較50

2.1.2應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的塑性區(qū)修正53

2.2斷裂韌性常規(guī)測(cè)試方法54

2.2.1單邊切口梁技術(shù)55

2.2.2山形切口技術(shù)57

2.2.3其他形狀切口試樣60

2.3切口鈍化效應(yīng)64

2.4測(cè)定斷裂韌性的壓痕彎曲梁技術(shù)68

2.4.1Vickers 壓痕彎曲梁法69

2.4.2Knoop 壓痕彎曲梁法73

2.4.3壓痕預(yù)開(kāi)裂彎曲梁技術(shù)76

2.5結(jié)束語(yǔ)78

參考文獻(xiàn)79

第3章陶瓷材料壓痕斷裂力學(xué)82

3.1壓痕裂紋的分類(lèi)83

3.1.1按幾何特征分類(lèi)83

3.1.2按壓頭形狀分類(lèi)84

3.2壓痕應(yīng)力場(chǎng)87

3.2.1壓痕應(yīng)力場(chǎng)的彈性組元87

3.2.2壓痕應(yīng)力場(chǎng)的殘余組元89

3.2.3壓痕裂紋的成核位置91

3.3壓痕過(guò)程中裂紋的成核94

3.3.1Lawn\|Evans 中位裂紋成核模型94

3.3.2壓痕裂紋成核的位錯(cuò)塞積模型99

3.4半餅狀壓痕裂紋系統(tǒng)的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度101

3.4.1壓痕裂紋系統(tǒng)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的點(diǎn)力近似解101

3.4.2半餅狀裂紋的生長(zhǎng)及其平衡條件104

3.4.3點(diǎn)力近似解對(duì)Knoop 裂紋系統(tǒng)的適用性106

3.5 壓痕裂紋尺寸與斷裂韌性的關(guān)系109

3.5.1Evans\|Charles方程及其理論修正110

3.5.2Niihara 方程113

3.5.3Lankford經(jīng)驗(yàn)公式115

3.5.4其他經(jīng)驗(yàn)公式117

3.6結(jié)束語(yǔ)121

參考文獻(xiàn)121

第4章斷裂強(qiáng)度及其統(tǒng)計(jì)性質(zhì)125

4.1影響斷裂強(qiáng)度的材料參數(shù)126

4.1.1彈性模量及其對(duì)顯微結(jié)構(gòu)的依賴(lài)性127

4.1.2顯微結(jié)構(gòu)對(duì)斷裂表面能的影響130

4.1.3裂紋尺寸與顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)系135

4.2工藝缺陷及其對(duì)外力作用的響應(yīng)138

4.2.1氣孔/微裂紋系統(tǒng)138

4.2.2夾雜導(dǎo)致的微開(kāi)裂現(xiàn)象141

4.2.3其他工藝缺陷146

4.2.4表面接觸損傷模型及機(jī)加工損傷147

4.3彎曲斷裂強(qiáng)度測(cè)試151

4.4斷裂強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)154

4.4.1Weibull 分布的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征156

4.4.2Weibull模數(shù)估計(jì)值的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)160

4.4.3斷裂強(qiáng)度的體積效應(yīng)162

4.5多重裂紋分布問(wèn)題164

4.5.1并存型裂紋分布166

4.5.2排他型裂紋分布168

4.5.3部分并存型裂紋分布169

4.6結(jié)束語(yǔ)170

參考文獻(xiàn)171

第5章裂紋緩慢擴(kuò)展與延遲破壞175

5.1斷裂的滯后效應(yīng)及其研究方法176

5.1.1Wiederhorn 實(shí)驗(yàn)176

5.1.2裂紋緩慢擴(kuò)展v~KⅠ 曲線(xiàn)179

5.1.3研究裂紋緩慢擴(kuò)展行為的直接方法180

5.1.4研究裂紋緩慢擴(kuò)展行為的間接方法183

5.1.5實(shí)驗(yàn)技術(shù)的對(duì)比分析187

5.2室溫裂紋緩慢擴(kuò)展行為189

5.2.1應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展及其理論分析189

5.2.2低應(yīng)力作用下的裂紋緩慢擴(kuò)展194

5.2.3裂紋緩慢擴(kuò)展現(xiàn)象的斷裂力學(xué)分析198

5.3高溫裂紋緩慢擴(kuò)展行為199

5.3.1高溫裂紋緩慢擴(kuò)展及其對(duì)強(qiáng)度的影響200

5.3.2低應(yīng)力作用下的高溫延遲斷裂206

5.3.3壽命預(yù)測(cè)209

5.4陶瓷材料的蠕變斷裂211

5.4.1蠕變損傷的發(fā)育過(guò)程211

5.4.2蠕變裂紋緩慢擴(kuò)展機(jī)理214

5.5循環(huán)應(yīng)力作用下的疲勞斷裂219

參考文獻(xiàn)222

第6章顯微結(jié)構(gòu)與斷裂韌性227

6.1裂紋擴(kuò)展路徑與裂紋偏轉(zhuǎn)增韌228

6.1.1均勻連續(xù)介質(zhì)中裂紋的擴(kuò)展路徑228

6.1.2顯微結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋擴(kuò)展路徑的影響231

6.1.3裂紋偏轉(zhuǎn)的斷裂力學(xué)分析235

6.2離散介質(zhì)主導(dǎo)型斷裂行為238

6.2.1兩個(gè)典型的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)238

6.2.2斷裂韌性是一個(gè)材料常數(shù)嗎245

6.3裂紋尖端處的屏蔽效應(yīng)247

6.3.1Knehans\|Steinbrech實(shí)驗(yàn)247

6.3.2裂紋面間的晶粒橋接行為250

6.3.3裂紋擴(kuò)展阻力曲線(xiàn)252

6.3.4裂紋尖端處的過(guò)程區(qū)與橋接區(qū)256

6.4過(guò)程區(qū)增韌及其理論模型259

6.4.1相變?cè)鲰g的理論模型261

6.4.2相變?cè)鲰g機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究263

6.4.3微裂紋增韌的理論模型264

6.5晶須(纖維)增韌及其理論分析268

6.5.1晶須(纖維)增韌效果的理論預(yù)測(cè)268

6.5.2晶須增韌原理的實(shí)際應(yīng)用273

6.6顆粒橋接增韌--應(yīng)用實(shí)例276

6.6.1脆性顆粒導(dǎo)致的裂紋橋接276

6.6.2板狀粒子增韌277

6.6.3延性相對(duì)陶瓷基體的增韌作用278

6.7結(jié)束語(yǔ)279

參考文獻(xiàn)280

本書(shū)主要討論陶瓷材料的斷裂問(wèn)題，全面介紹適用于陶瓷材料學(xué)行為研究的斷裂力學(xué)基本理論、測(cè)試方法以及陶瓷材料中具體的斷裂行為。

全書(shū)共分6章，前3章重點(diǎn)介紹了與陶瓷材料斷裂行為有關(guān)的斷裂力學(xué)理論及測(cè)試技術(shù)，后3章主要討論材料的斷裂力學(xué)行為。內(nèi)容包括:基本概念、基本理論、斷裂韌性測(cè)試方法、陶瓷材料的壓痕微開(kāi)裂行為、斷裂強(qiáng)度及其統(tǒng)計(jì)性質(zhì)、裂紋緩慢擴(kuò)展及壽命預(yù)測(cè)、顯微結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋擴(kuò)展行為的影響等 。