在以往我們所學的力學知識中，通常的設(shè)計思想是把材料視為無缺陷的均勻連續(xù)體，而現(xiàn)今工程實際中的構(gòu)件或材料都不可避免地存在著缺陷和裂紋，因而實際構(gòu)件或材料的強度大大低于理想模型的強度。比如我們在課堂上所看的關(guān)于美國哥倫比亞號航天飛機的失事事件，就是由于材料出現(xiàn)缺陷釀成的后果，在傳統(tǒng)設(shè)計思想中這是容易忽略的一條。斷裂力學則是從構(gòu)件或材料內(nèi)部存在缺陷或裂紋這一基礎(chǔ)事實出發(fā)，恰恰彌補了傳統(tǒng)設(shè)計思想這一嚴重的不足。斷裂力學是以變形體為基礎(chǔ)，研究含缺陷或裂紋材料和結(jié)構(gòu)的抗斷裂性能，以及在各種工作環(huán)境下裂紋的平衡、擴展、失穩(wěn)以及止裂規(guī)律的一門學科。斷裂力學在許多領(lǐng)域中解決了大量的生產(chǎn)實際問題，特別是解決了抗斷設(shè)計、合理選材、適當?shù)臒崽幚碇贫群图庸すに?、預(yù)測構(gòu)件的疲勞壽命、制定合理的質(zhì)量檢測制度和驗收標準以及防止斷裂事故等方面的問題?？芍^是十分重要的一門學科。彈性力學的任務(wù)是：研究裂紋體的引應(yīng)力場、應(yīng)變場與位移場，尋找控制材料開裂的物理參量。研究材料抵抗裂紋擴展的能力——韌性指標的變化規(guī)律，確定其數(shù)值與測定方法。建立裂紋擴展的臨界條件——斷裂準則。含裂紋的各種幾何構(gòu)件在不同載荷作用下，控制材料開裂的物理參量的計算。彈性力學的研究方法是：假設(shè)裂紋已經(jīng)存在，從彈性力學或彈塑性力學的基本方程出發(fā)，把裂紋當做邊界條件，考察裂紋頂端的應(yīng)力場、應(yīng)變場和位移場，設(shè)法建立這些場與控制斷裂的物理參量的關(guān)系和裂紋尖端附近的局部斷裂條件。根據(jù)裂紋受力情況，可分為三種基本類型：張開型、劃開型、撕開型。影響斷裂力學的因素主要有兩個：載荷大小和裂紋長度。在考慮一條宏觀裂紋的構(gòu)件時，隨著使用時間和次數(shù)的增加，裂紋會愈來愈長。在工作載荷較高時，比較短的裂紋就有可能發(fā)生斷裂，在工作載荷較低時，比較長的裂紋才會帶來危險。這表明表征裂端區(qū)應(yīng)力變場強度的參量與載荷大小和裂紋長短有關(guān)，甚至可能與構(gòu)建的幾何形狀有關(guān)。線彈性斷裂力學研究的對象是線彈性裂紋固體，認為裂紋體內(nèi)各點的應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系都是線性的。研究裂紋擴散有兩種觀點，一種是能量觀點，一種是應(yīng)力場強度的觀點。我們學習了應(yīng)力強度因子理論，了解了應(yīng)力強度因子、應(yīng)力強度因子準則（K準則）和能量準則（G準則）以及應(yīng)力強度因子與能量釋放率的關(guān)系。在復(fù)合型裂紋這里，我們學到最大拉應(yīng)力理論、最大能量釋放率理論、應(yīng)變能密度理論。在彈塑性斷裂力學中，則是學到了COD理論和J積分理論。之后老師還帶領(lǐng)我們學習了解了常用斷裂參數(shù)以及有關(guān)疲勞問題的一些知識、防脆斷設(shè)計等。在我們身邊有關(guān)斷裂力學的現(xiàn)象有很多，比如玻璃窗的破裂、玻璃杯忽冷忽熱的炸裂，更危險的是高壓鍋使用時間長了，產(chǎn)生的裂隙會導致爆炸。所以斷裂現(xiàn)象在我們身邊隨處可見，我們學習了這門課程之后，就要學會以斷裂力學的角度去思考這些問題，這樣才能更好地把所學的知識引用到實際中。斷裂力學與我們的生活是息息相關(guān)的，是一門很重要的課程。例題：火箭發(fā)射器外殼用高強度鋼制作，材料廠=1500MN/m"2, 「=1700MN/m辺，筒體內(nèi)半徑與壁厚之比R/t=110，在進行打壓試驗時，當壓力P=65kg/cm"2時爆炸，從裂片分析該殼體焊接處存在軸向的半橢圓形表面裂紋，2c=10mm，a=2mm，焊縫處材料人二=55.78MN/m"/2,試從常規(guī)強度觀點和斷裂力

解:取如圖所示坐標系xoy,貝V,二牛二65x9.81xlO4xllOxlO"6=701MN/m\er》=——=2crv=1402MN/mrXy=0o按最大拉應(yīng)力理論，應(yīng)該有6八八"廠鼻廠‘而b.=1-〔一?1二；1■…\一、1二=所以，構(gòu)件是安全的。按最大剪應(yīng)力理論，應(yīng)該有而—’imb：而—’imb：，所以構(gòu)件是安全的按斷裂力學的理論，所給問題可以理想化為半“無限大”體具有表面半橢圓形裂紋受均勻拉伸應(yīng)力作用的情況，其應(yīng)力強度因子可寫為：K[=acr式中a為幾何形狀因子，查表可得a=1.12xl/E(k),考慮到裂尖處由于高度的應(yīng)力集中引起的小塑性區(qū)，a可修正為E(k)為第二類完整橢圓積分，可查表得到。取cr二er】二1402MN/m2,則14q=[EW2-0.212（—r]=[1.50372-0.212（￥2二）訂2=a/2.0761500” 1.12bJ嬴 1.12x