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大理石为什么《繁体:麼》容易断裂

2025-03-26 03:02:03SoccerSports

从物理角度分析为什么物质受到撞击会碎裂?断裂问题属于力学问题笼统来讲,力学属于物理。但是,物理不仅仅是力学。通常,大学以后物理是物理,力学是力学,两者有些许交集,但是还是分开的。这个问题其实就是探讨断裂的准则,我分学科进行讨论

从物理角度分析为什么物质受到撞击会碎裂?

断裂问题属于力学问题

笼统来讲,力学属于物理。但是,物理不仅仅是力学。通常,大学以后物理是物理,力学是力学,两者有些许交集,但是还是分开的。

这个问题其实就是探讨断裂的准则,我分学科进行讨论。

1、材料力学

材力里面讲到了几种强度准则,比如最大拉应力,最大拉应变,最大切应力,最大畸变能密度等等。这些强度理论针对的是结构的失效,失效并不意味着断裂。

对于脆性《拼音:xìng》材料,其失效形式是脆性断裂。对于韧性材料,其失效形式是塑性变形。所以,材力的强度准则仅仅是结构失效的判断,并未真真深入材[拼音:cái]料的断裂机理。

2、断裂力学

断裂力学才是真正研究材料断裂机理的一门学科,分成静态断裂和动态断裂。

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1#29静态断裂

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对于线弹性材料,静态断裂通常考虑的是应力强度因(练:yīn)子(一个类似于应力集中的物理量),当应力《lì》强度因子大于材料的断裂韧性时,就认为断裂了。

对于塑性材料,由于裂尖出现的应力集中,会使得裂[拼音:liè]尖附近进入塑【sù】性区,如下图示意图。这时候,就得《拼音:dé》考虑塑性区的大小。

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弹塑性断裂力学主要有两个判断准则:裂尖张开位移(CTOD),J积分。其中前者很好理解,通过实(繁:實)验可以测出每种材料在静载荷下的临(繁体:臨)界张开位移。后者J积分,对应的是单位面积断裂(pinyin:liè)的能量。此外,裂尖张开角度#28CTOA#29也会被用来衡量裂纹扩展的一个依据。

2澳门巴黎人#29动态断裂(liè)

动态断裂研究的是裂纹的扩展,其基本判断准则与静态断裂类似。经过多年的研究,很多学者认为裂(读:liè)纹扩展的重要因素有两个:最大澳门伦敦人张力,断裂能。这里通常先假设张力与位移线性变化,之后根据需要设置。

具体裂纹扩展分两部分:1)裂纹起裂阶段;2)裂纹损伤扩展阶段。起裂阶段对应的是应力澳门威尼斯人到达最大张力之《练:zhī》前,之后就是损伤扩展阶段。第一阶段可逆,第二阶段不可逆。第二阶段结束后,就表述这一个位置完全彻底分开了。

起裂的准则有好多种:比如最大张力,也有最(pinyin:zuì)大位(练:wèi)移,最大应变之【zhī】类的。但是由于线性阶段一一对应,差别不大。

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损伤阶段也有不同的准则:比如线性下降,指数下降等等。但是对于给定的材料,其临界J积分(pinyin:fēn)是定值。不同的形【xíng】状,对结果影响有限[拼音:xiàn]。

上图为断裂分析澳门威尼斯人的一个内聚区cohesive模型,其线性上升和指数下降非常清楚。其围成的面(繁体:麪)积就是断裂能。

3、损伤力学

损伤力学与断裂力学有些许类似,不过关注的点不一样。损伤力学更加关注材料内部的损伤演变。

材料内部自带内缺陷(孔洞、夹杂等),这些内缺陷在外力作用下,就会产生应力集中。随着外载的增加,这些内缺陷会变大,澳门博彩临近的内缺陷会互相合《繁体:閤》并,形成大缺陷,直至全部破坏。损伤力学的任务,就是用一些损伤参数,把这个演化过程用数学的方式描述出来。这里也会用到一些判断准则,与断裂力学基本类似。

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总结

物体受力发生断裂,判断准则有很多。基本的起裂准则看最大张力,完全断裂准则看J积分。

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