【科技名詞】：斷裂力學 fracture mechanics

【定義】：利用線彈性力學和彈塑性理論的分析方法，從宏觀角度定量研究含裂紋物體裂紋擴展規律的一門學科。

【學科】：材料科學技術_材料科學技術基礎 _材料科學基礎 _材料物理及化學基礎

【相關名詞】：線彈性斷裂力學 彈塑性斷裂力學 巖石斷裂力學

圖片來源：視覺中國

【延伸閱讀】

固體材料的破壞過程，一個非常基礎的問題，卻和湍流模型并列為固體力學和流體力學的兩大難題。自伽利略時代開始，無數力學人在這個問題上孜孜以求，從破壞結果到破壞過程，從宏觀破壞到微觀損傷，從簡單的拉斷、壓潰到引入疲勞、腐蝕、磨損，這一問題的答案在不斷被擴充。

斷裂力學狹義上一般指借助連續介質力學中的線彈性和彈塑性理論，從宏觀角度來研究固體材料破壞過程的所謂宏觀斷裂力學。它上承以屈服強度等材料指標為主的強度理論，下啟以研究原子位錯等晶體尺度內的斷裂過程為主的微觀斷裂力學。盡管1920年這一學科才宣告確立，但百年的發展已使其成為解決固體材料破壞過程這一問題的重要工具。

宏觀斷裂力學根據材料的類型分為線彈性斷裂力學和彈塑性斷裂力學，前者針對脆性材料和小范圍屈服假設下的塑性材料，后者則關注大范圍屈服下的塑性斷裂問題。

線彈性斷裂力學由英國科學家格里菲斯首創，他在1920年提出基于能量平衡的斷裂準則并用以描述理想脆性材料（如玻璃）的斷裂過程。隨后美國科學家歐文在此基礎上提出了能量釋放率，它是裂紋擴展單位面積所需要消耗的能量，并將應用對象擴展到工程準脆性材料（如鑄鐵）。同時，歐文還證明了裂紋尖端的應力場和位移場可以用一個與能量釋放率有關的單參量表征，這就是后來著名的應力強度因子（一種對應力大小的度量）。如今，近10厘米厚的應力強度因子手冊已是工程師的必備之物。

隨著材料的邊界擴展到鋼材等塑性材料，線彈性力學已不再適用，英國科學家威爾斯提出的裂紋尖端張開位移吹響了向彈塑性斷裂力學發起沖擊的號角。彈塑性斷裂力學的核心是由哈佛大學教授賴斯在1968年提出的J積分，它是一個圍繞裂尖而與路徑無關的圍道（回路）積分，在某些情況下與能量釋放率相等。

能量釋放率、應力強度因子和J積分可以相互轉化，它們共同構成了（宏觀）斷裂力學的核心，并作為斷裂韌性指標用以評價材料的破壞，斷裂力學也通過基于這些指標建立的評價體系而在工程領域大放異彩。

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