关键的外卖
几乎所有的工程结构，从齿轮和阀门，到建筑物和桥梁，都必须设计得安全有效。失败即使是最小的组件也常常会造成灾难性的后果。
避免失效的关键通常始于理解材料断裂背后的概念。因此，对于设计工程师来说，掌握足够的材料断裂和断裂力学知识是必不可少的。
什么是材料断裂?
断裂是一种材料在外力作用下分离成两块或多块的现象压力．根据材料的力学性能，材料可能经历两种主要断裂模式之一:韧性断裂和脆性断裂。
材料进行韧性断裂第一次经历塑性变形即材料通过拉伸自身来抵抗断裂。想象一下拉动一个塑料袋的两端。袋子在最终撕裂之前拉伸了相当多。这种塑性变形，不仅限于聚合物，也见于金属合金．
经历过脆性断裂另一方面，塑性变形可以忽略不计。换句话说，它们毫无征兆地断裂。
无论何种类型的断裂，在失效期间，材料将经历:
在韧性断裂中，这种裂纹是稳定的，即它会持续变形，只有在施加更大的应力时才会扩展。因此,韧性材料在失效之前通常会发生相当大的偏转，从而在完全断裂之前发出警告。
另一方面，当脆性断裂形成裂纹时，它们会瞬间在材料中传播;因此，故障可能在几乎没有警告的情况下发生。这是使脆性破坏如此不受欢迎的特性之一，特别是在建筑施工等应用中。(详情见应力集中对裂纹扩展的影响．）
在接下来的部分中，我们将更深入地研究力学在这两种类型的断裂中，看看在实验室环境中测试材料断裂的一些最常见的方法。
脆性和韧性断裂力学
韧性断裂(杯锥断裂)
大多数金属和金属合金本质上具有延展性。韧性断裂的主要特征之一是颈缩现象。在颈缩过程中，材料的横截面在断裂发生前逐渐减小。断裂材料的分离端采用凹凸形状。因此，韧性断裂通常被称为韧性断裂cup-and-cone骨折．的杯锥地层的阶段是：
- 这种延展性材料经过缩颈处理
- 垂直于应力方向的微孔洞开始形成
- 微孔洞聚在一起形成裂纹
- 裂纹扩展
- 材料最终断裂(顶部和底部分别呈杯状和锥形)。
脆性断裂
在脆性断裂中，由于裂纹扩展是瞬时的，因此观察不到明显的变形。这种传播几乎完全垂直于拉应力而韧性断裂则产生杯状和锥形。
虽然脆性断裂具有独特的形状，但不同的材料可能表现出独特的特征。例如，在脆性钢中，通常在断裂截面的中心发现v形标记。另一方面，对于非晶像陶瓷玻璃这样的材料，其断裂截面的表面可能具有光滑、有光泽的外观。
影响材料断裂的因素
工程师必须了解不同类型裂缝的力学机制，以便提供信息材料选择并减少潜在的灾难性故障。影响材料断裂的一些关键因素包括:
应力集中
对于大多数脆材料，测量断裂强度远低于根据材料中的原子键能预测的理论值。这是由于在材料的横截面上存在微观裂纹和其他缺陷。这些压力感应器因此，在计算断裂强度时必须考虑。(相关阅读:计算拉伸应力:为什么现在需要做．）
施加载荷的位置也必须考虑在内。考虑一个圆柱形材料，其横截面上有一个拉长的裂纹(缺陷)。它在断裂前能承受的最大应力是在裂纹尖端测量的，它取决于施加的应力和裂纹的物理性质。然而，施加远离裂纹的载荷可能会改变所测得的断裂强度。
断裂韧性
断裂韧性是存在裂纹时材料对施加应力的阻力。该参数依赖于:
- 裂纹扩展的临界应力
- 裂缝长度
- 裂纹几何
对于薄试样，断裂韧性也取决于其厚度。然而，断裂韧性对厚材料的影响较小。(学习D强度和韧性的区别．）
如何测试冲击骨折
为了进行这些测试，一个锤子被连接到一个摆锤上，它对测试样品施加一个冲击力。锤头首先上升到起始位置，然后释放，在其向下运动中击中试样。因为锤子的一些能量被样品吸收了，钟摆在相反的一边摆动到一个较小的最大高度。用锤击试样前后的最大高度之差来计算冲击能。查比和伊佐德唯一的区别是标本的装载方式。
结论
断裂仅仅是由于施加应力使材料分离成几块。断裂可分为两大类:韧性断裂和脆性断裂。材料的断裂类型主要取决于它的断裂能力变形在它破裂之前。
对于这两种断裂，破坏都是从裂纹形成开始的，然后发展到裂纹扩展，最终分离。
对于工程师和设计师来说，了解材料断裂背后的力学原理是至关重要的，以确保所选材料在给定环境中按预期工作。
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