斷裂韌性是試樣或構(gòu)件中有裂紋或類(lèi)裂紋缺陷情形下發(fā)生以其為起點(diǎn)的不再隨著載荷增加而快速斷裂，即發(fā)生所謂不穩(wěn)定斷裂時(shí)，材料顯示的阻抗值。這樣的斷裂韌性值，可用能量釋放率g、應(yīng)力強(qiáng)度因子K、裂紋尖端張開(kāi)位移CTOD和J積分等描述裂紋尖端的力學(xué)狀態(tài)的單一參量表示。
斷裂韌性表征材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力，是度量材料的韌性好壞的一個(gè)定量指標(biāo)。在加載速度和溫度一定的條件下，對(duì)某種材料而言它是一個(gè)常數(shù)，它和裂紋本身的大小、形狀及外加應(yīng)力大小無(wú)關(guān)，是材料固有的特性，只與材料本身、熱處理及加工工藝有關(guān)。當(dāng)裂紋尺寸一定時(shí)，材料的斷裂韌性值愈大，其裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展所需的臨界應(yīng)力就愈大；當(dāng)給定外力時(shí)，若材料的斷裂韌性值愈高，其裂紋達(dá)到失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)的臨界尺寸就愈大。它是應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值。常用斷裂前物體吸收的能量或外界對(duì)物體所作的功表示。例如應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)下的面積。韌性材料因具有大的斷裂伸長(zhǎng)值，所以有較大的斷裂韌性，而脆性材料一般斷裂韌性較小。
斷裂韌性在工程中受到重視的原因是，它表征與光滑試樣中強(qiáng)度特性完全相反的特性。例如，很粗略地說(shuō)，同一系列的材料的斷裂韌性值隨屈服強(qiáng)度增加而下降。因此，盡管按屈服強(qiáng)度準(zhǔn)則認(rèn)為已進(jìn)行十分安全設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度材料的結(jié)構(gòu)，由于其構(gòu)件中某種原因或有缺陷或產(chǎn)生裂紋，甚至也會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定斷裂造成致命的損傷。由于材料屈服強(qiáng)度隨溫度下降而增大，在設(shè)計(jì)過(guò)程中未考慮低溫?cái)嗔秧g性的情形，也會(huì)造成同樣結(jié)果。過(guò)去結(jié)構(gòu)物斷裂事故中，由于對(duì)上述斷裂韌性認(rèn)識(shí)不足而發(fā)生的事故一定不少。
一般地說(shuō)，在不穩(wěn)定斷裂之前，隨著載荷增加斷裂徐徐進(jìn)行，即所謂穩(wěn)定斷裂的情形不少。雖是一種穩(wěn)定斷裂，但由于疲勞，應(yīng)力腐蝕裂紋，蠕變等原因，裂紋擴(kuò)展后轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定斷裂的情形也不少。
如把臨界缺陷擴(kuò)展稱(chēng)為不穩(wěn)定斷裂，把亞臨界缺陷擴(kuò)展叫做穩(wěn)定斷裂，不管穩(wěn)定斷裂的內(nèi)容如何，斷裂韌性均表示材料在穩(wěn)定斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定斷裂時(shí)的阻抗值。當(dāng)然，斷裂韌性受事先進(jìn)行的穩(wěn)定斷裂的影響是明顯的。同時(shí)，我們知道斷裂韌性值有顯著的尺寸效應(yīng)。尺寸效應(yīng)是產(chǎn)生應(yīng)力狀態(tài)和屈服范圍問(wèn)題的原因，尤其是屈服范圍構(gòu)成選擇表示斷裂韌性的力等參數(shù)問(wèn)題。
如能提高斷裂韌性，就能提高材料的抗脆斷能力。因此必須了解斷裂韌性是受哪些因素控制的。影響斷裂韌性的高低，有外部因素，也有內(nèi)部因素。
斷裂韌性隨溫度的變化關(guān)系和沖擊韌性的變化相類(lèi)似。隨著溫度的降低，斷裂韌性可以有一急劇降低的溫度范圍，低于此溫度范圍，斷裂韌性趨于一數(shù)值很低的下平臺(tái)，溫度再降低也不大改變了。
在斷裂韌性的測(cè)定中，有三個(gè)階段，在第一階段里，F(xiàn)PZ逐漸形成，應(yīng)力強(qiáng)度因子KI值將會(huì)單調(diào)增加；在第二階段里，裂紋發(fā)生穩(wěn)定擴(kuò)展；然后在第三階段，出現(xiàn)了KI值的突然減少到KIC值。對(duì)于這種現(xiàn)象的一種可能解釋是數(shù)值方法的固有假定所至。在有限元標(biāo)定中假定了理想的線(xiàn)彈性系統(tǒng)，但隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，此假定卻進(jìn)一步失去正確性。因?yàn)橛邢蘖鸭y長(zhǎng)度增加，可以觀察到大的殘余CMOD。這個(gè)影響，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)可以忽略，但到實(shí)驗(yàn)的后期此影響是相當(dāng)大的。
③這些結(jié)果是在無(wú)限制條件的實(shí)驗(yàn)室里得到的，對(duì)于限制應(yīng)力對(duì)斷裂韌性的影響可見(jiàn)1990年Saouma等人的研究結(jié)果。金屬材料的斷裂韌性、裂紋擴(kuò)展速率和裂紋擴(kuò)展的門(mén)檻值等力學(xué)性能指標(biāo)已為廣大的力學(xué)測(cè)試、材料研究和金相專(zhuān)家所了解，并已在零部件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、新材料的研制、材料的應(yīng)用研究、材料強(qiáng)度規(guī)律的試驗(yàn)研究、熱處理工藝的選擇以及失效分析中得到了廣泛的應(yīng)用。本文的目的，是圍繞斷裂韌性的“基本原理”和“工程應(yīng)用”這兩個(gè)方面，為力學(xué)、材料和金相專(zhuān)家們提供更全面、更深入的內(nèi)容，以便在今后的試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用中發(fā)揮更大的效益。
