斷裂韌性

斷裂韌性（Fracture toughness），在材料科學中是指物體斷裂時，尖銳裂紋的擴展突然變得迅速而無限制，此時的臨界應力強度因子。斷裂韌性反映了結構阻止宏觀裂紋失穩擴展能力，是結構抵抗裂紋脆性擴展的參數。它和材料本身特性、結構幾何形狀以及裂紋形狀相關。部件的厚度會影響裂紋尖端的約束條件，薄部件具有平面應力條件，厚部件具有平面應變條件。平面應變條件下可以求得與材料特性相關的最低斷裂韌性值——I型加載下的應力強度因子的臨界值稱為平面應變斷裂韌性，記為${\displaystyle K_{\text{Ic}}}$。^[1]當未能滿足厚度等確保平面應變條件的測試要求時，測得的斷裂韌性值以${\displaystyle K_{\text{c}}}$表示。斷裂韌性是表徵材料抗裂紋擴展能力的定量方法，給定材料的標準值一般都適用。

裂紋擴展的材料的斷裂表面形態受樣本厚度變化的影響。

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試樣厚度對斷裂韌性的影響

緩慢的自主裂紋擴展稱為應力腐蝕裂紋，可能發生在超出${\displaystyle K_{\text{Iscc}}}$閾值或低於${\displaystyle K_{\text{Ic}}}$的腐蝕環境中。疲勞裂紋擴展過程中，也可能會出現裂紋擴展的小增量，重複加載循環後，裂紋會逐漸擴展，直至超過斷裂韌性而最終失效。

一般用於表徵斷裂韌性的參數有J積分、應力強度因子K的臨界值。斷裂韌性用於大型的結構（如：船體）的斷裂事件研究。大型結構往往在很低強度的情況下發生斷裂。為了解決這個問題，發明了表徵脆性斷裂的應力強度因子K。後又發展出了J積分。進而產生了T參數、Q參數等表徵應力場非標準特性差的參數。 K=Yσ√(πa)

參考

1. Suresh, S. Fatigue of Materials. Cambridge University Press. 2004. ISBN 978-0-521-57046-6.