斷裂力學(xué)
關(guān)注創(chuàng)建者：王富貴 創(chuàng)建時(shí)間：2016-12-12
斷裂力學(xué)的視頻教程
ABAQUS材料斷裂與失效系列 之 斷裂力學(xué)的基本概念
開(kāi)胃菜：斷裂力學(xué)的基本概念 專(zhuān)題一：圍道積分運(yùn)算 專(zhuān)題二：材料的損傷和侵蝕 專(zhuān)題三：基于Cohesive方法的斷裂仿真 專(zhuān)題四：VCCT詳解與應(yīng)用 專(zhuān)題五：XFEM詳解與應(yīng)用 專(zhuān)題六：低周疲勞仿真 首先來(lái)的是開(kāi)胃菜，講斷裂力學(xué)的基本概念，通過(guò)這堂課讓大家對(duì)斷裂力學(xué)有一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)，方便后面的學(xué)習(xí)，有基礎(chǔ)的同學(xué)可以跳過(guò)，想更系統(tǒng)的學(xué)習(xí)斷裂力學(xué)的同學(xué)可以購(gòu)買(mǎi)相關(guān)理論書(shū)籍進(jìn)行學(xué)習(xí)。
￥10 46分鐘 3330播放
查看
兩種常用斷裂力學(xué)：XFEM & Cohesive Contact
兩種常用斷裂力學(xué)：XFEM & Cohesive Contact 適用人群：ABAQUS軟件用戶(hù)、CAE工程師、高校或科研院所相關(guān)工程師 兩種常用斷裂力學(xué)：XFEM & Cohesive Contact（免費(fèi)）【已結(jié)束】?直播時(shí)間：2022-07-26 19:30 課程背景：?斷裂失效是嚴(yán)重的非線性行為，ABAQUS提供了多種模擬材料斷裂的方法，本課程重點(diǎn)講述XFEM方法及
￥9.9 1小時(shí)3分鐘 906播放
查看
斷裂力學(xué)的實(shí)例教程
【科技名詞】：斷裂力學(xué) fracture mechanics
【定義】：利用線彈性力學(xué)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(kuò)展規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。
【學(xué)科】：材料科學(xué)技術(shù)_材料科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ) _材料科學(xué)基礎(chǔ) _材料物理及化學(xué)基礎(chǔ)
【相關(guān)名詞】：線彈性斷裂力學(xué) 彈塑性斷裂力學(xué) 巖石斷裂力學(xué)
圖片來(lái)源：視覺(jué)中國(guó)
【延伸閱讀】
固體材料的破壞過(guò)程，一個(gè)非常基礎(chǔ)的問(wèn)題，卻和湍流模型并列為固體力學(xué)和流體力學(xué)的兩大難題。自伽利略時(shí)代開(kāi)始，無(wú)數(shù)力學(xué)人在這個(gè)問(wèn)題上孜孜以求，從破壞結(jié)果到破壞過(guò)程，從宏觀破壞到微觀損傷，從簡(jiǎn)單的拉斷、壓潰到引入疲勞、腐蝕、磨損，這一問(wèn)題的答案在不斷被擴(kuò)充。
斷裂力學(xué)狹義上一般指借助連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中的線彈性和彈塑性理論，從宏觀角度來(lái)研究固體材料破壞過(guò)程的所謂宏觀斷裂力學(xué)。它上承以屈服強(qiáng)度等材料指標(biāo)為主的強(qiáng)度理論，下啟以研究原子位錯(cuò)等晶體尺度內(nèi)的斷裂過(guò)程為主的微觀斷裂力學(xué)。盡管1920年這一學(xué)科才宣告確立，但百年的發(fā)展已使其成為解決固體材料破壞過(guò)程這一問(wèn)題的重要工具。
宏觀斷裂力學(xué)根據(jù)材料的類(lèi)型分為線彈性斷裂力學(xué)和彈塑性斷裂力學(xué)，前者針對(duì)脆性材料和小范圍屈服假設(shè)下的塑性材料，后者則關(guān)注大范圍屈服下的塑性斷裂問(wèn)題。
線彈性斷裂力學(xué)由英國(guó)科學(xué)家格里菲斯首創(chuàng)，他在1920年提出基于能量平衡的斷裂準(zhǔn)則并用以描述理想脆性材料（如玻璃）的斷裂過(guò)程。隨后美國(guó)科學(xué)家歐文在此基礎(chǔ)上提出了能量釋放率，它是裂紋擴(kuò)展單位面積所需要消耗的能量，并將應(yīng)用對(duì)象擴(kuò)展到工程準(zhǔn)脆性材料（如鑄鐵）。同時(shí)，歐文還證明了裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)可以用一個(gè)與能量釋放率有關(guān)的單參量表征，這就是后來(lái)著名的應(yīng)力強(qiáng)度因子（一種對(duì)應(yīng)力大小的度量）。如今，近10厘米厚的應(yīng)力強(qiáng)度因子手冊(cè)已是工程師的必備之物。
展開(kāi) 斷裂力學(xué)是近幾十年才發(fā)展起來(lái)了的一門(mén)新興學(xué)科，主要研究承載體由于含有一條主裂紋發(fā)生擴(kuò)展（包括靜載及疲勞載荷下的擴(kuò)展）而產(chǎn)生失效的條件。斷裂力學(xué)應(yīng)用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析，并從裂紋起裂、擴(kuò)展到失穩(wěn)過(guò)程都在其分析范圍內(nèi)。由于它與材料或結(jié)構(gòu)的安全問(wèn)題直接相關(guān)，因此它雖然起步晚，但實(shí)驗(yàn)與理論均發(fā)展迅速，并在工程上得到了廣泛應(yīng)用。斷裂力學(xué)研究的方法是：從彈性力學(xué)方程或彈塑性力學(xué)方程出發(fā)，把裂紋作為一種邊界條件，考察裂紋頂端的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)和位移場(chǎng)，設(shè)法建立這些場(chǎng)與控制斷裂的物理參量的關(guān)系和裂紋尖端附近的局部斷裂條件。
國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀
目前，斷裂力學(xué)總的研究趨勢(shì)是：從線彈性到彈塑性；從靜態(tài)斷裂到動(dòng)態(tài)斷裂；從宏觀微觀分離到宏觀與微觀結(jié)合；從確定性方法到概率統(tǒng)計(jì)性方法。所以就斷裂力學(xué)本身而言，根據(jù)研究的具體內(nèi)容和范圍，它又被分為宏觀斷裂力學(xué)（工程斷裂力學(xué)）和微觀斷裂力學(xué)（屬金屬物理范疇）。宏觀斷裂力學(xué)又可分為彈性斷裂力學(xué)（它包括線性彈性斷裂力學(xué)和非線性彈性斷裂力學(xué)）和彈塑性斷裂力學(xué)（包括小范圍屈服斷裂力學(xué)和大范圍屈服斷裂力學(xué)及全面屈服斷裂力學(xué)）。工程斷裂力學(xué)還包括疲勞斷裂、蠕變斷裂、腐蝕斷裂、腐蝕疲勞斷裂及蠕變疲勞斷裂等工程中重要方面。如今在斷裂力學(xué)研究方法中，又引入可靠性理論，稱(chēng)為概率斷裂力學(xué)，使斷裂力學(xué)的研究?jī)?nèi)容更加豐富，也使斷裂力學(xué)的理論得到進(jìn)一步的發(fā)展和完善，并在工程實(shí)際中發(fā)揮出越來(lái)越大的指導(dǎo)作用。
1.
展開(kāi) 斷裂力學(xué)是固體力學(xué)的一個(gè)分支，人們說(shuō)“斷裂力學(xué)是破解結(jié)構(gòu)低應(yīng)力破壞的金鑰匙”。這里，我們就來(lái)談?wù)?em>斷裂力學(xué)發(fā)展過(guò)程中的一些趣事吧。
一. “彗星號(hào)”大型客機(jī)失事慘劇促發(fā)斷裂力學(xué)的誕生
1954年1月10日，一架英國(guó)海外航空公司（BOAC）的一架“彗星”1型客機(jī)（航班編號(hào)781號(hào)）從意大利羅馬起飛，飛往目的地是英國(guó)倫敦。飛機(jī)起飛后26分鐘，機(jī)身在空中解體，墜入地中海，機(jī)上所有乘客和機(jī)組人員全部遇難。這次事故震驚了全世界，英國(guó)成立了專(zhuān)門(mén)的調(diào)查組調(diào)查事故。該型客機(jī)停飛兩個(gè)月。
就在英國(guó)海外航空公司總裁保證該機(jī)型不會(huì)再出事并復(fù)飛后不久，另一架“彗星”型客機(jī)也發(fā)生了同樣的空中解體事故，墜毀在意大利那不勒斯附近海中。在此一年的時(shí)間里，共有3架“彗星”型客機(jī)在空中先后解體墜毀。此慘劇令當(dāng)時(shí)英國(guó)為之驕傲的“彗星號(hào)”大型客機(jī)（參見(jiàn)圖1）壽終正寢，也促發(fā)了科學(xué)家研究低應(yīng)力斷裂的“裂紋力學(xué)”，此即斷裂力學(xué)誕生的由來(lái)。
圖1 “彗星號(hào)”大型民航客機(jī)
對(duì)事故的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，“彗星”客機(jī)采用的是方形舷窗。經(jīng)多次起降后，在方形舷窗拐角（直角）處會(huì)出現(xiàn)金屬疲勞導(dǎo)致的裂紋（裂隙）。正是這個(gè)小小的裂紋引起了災(zāi)難事故。后來(lái)，所有客機(jī)舷窗均采用圓形或設(shè)計(jì)有很大的圓角，以減小應(yīng)力集中，提高金屬疲勞強(qiáng)度；延緩疲勞裂紋的發(fā)生，此系后話。
進(jìn)一步研究證明，裂紋的存在，引起飛機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)生低應(yīng)力破壞，通行的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則遇到極大挑戰(zhàn)。這個(gè)研究孕育了斷裂力學(xué)的誕生，并促進(jìn)了其快速發(fā)展。到1957年，美國(guó)科學(xué)家歐文（G.R.Irwin）提出應(yīng)力強(qiáng)度因子的概念，從此線彈性斷裂力學(xué)基本建立起來(lái)。斷裂力學(xué)誕生并用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，源于裂紋引發(fā)的災(zāi)難事故大大減少，可見(jiàn)斷裂力學(xué)是破解結(jié)構(gòu)低應(yīng)力破壞的金鑰匙。
二.
展開(kāi) 斷裂力學(xué)應(yīng)用實(shí)例.part1.rar
斷裂力學(xué)應(yīng)用實(shí)例.part2.rar
斷裂力學(xué)應(yīng)用實(shí)例.part3.rar
斷裂力學(xué)應(yīng)用實(shí)例.part4.rar
斷裂力學(xué)應(yīng)用實(shí)例.part5.rar
斷裂力學(xué)應(yīng)用實(shí)例.part6.rar
斷裂力學(xué)應(yīng)用實(shí)例.part7.rar
01 應(yīng)用背景
斷裂力學(xué)是研究含裂紋物體的強(qiáng)度和裂紋擴(kuò)展規(guī)律的科學(xué)，固體力學(xué)的一個(gè)分支，又稱(chēng)裂紋力學(xué)，起源于20世紀(jì)20年代A.A.格里菲斯對(duì)玻璃低應(yīng)力脆斷的研究。其后，國(guó)際上發(fā)生了一系列重大的低應(yīng)力脆斷災(zāi)難性事故，促進(jìn)了這方面的研究，并于50年代開(kāi)始形成斷裂力學(xué)。根據(jù)所研究的裂紋尖端附近材料塑性區(qū)的大小，可分為線彈性斷裂力學(xué)和彈塑性斷裂力學(xué)；根據(jù)所研究的引起材料斷裂的載荷性質(zhì)，可分為斷裂（靜）力學(xué)和斷裂動(dòng)力學(xué)。
斷裂力學(xué)的任務(wù)是：求得各類(lèi)材料的斷裂韌度；確定物體在給定外力作用下是否發(fā)生斷裂，即建立斷裂準(zhǔn)則；研究載荷作用過(guò)程中裂紋擴(kuò)展規(guī)律；研究在腐蝕環(huán)境和應(yīng)力同時(shí)作用下物體的斷裂（即應(yīng)力腐蝕）問(wèn)題。
在斷裂力學(xué)出現(xiàn)以前，根據(jù)生產(chǎn)知識(shí)的積累，人們?cè)偨Y(jié)出一些材料的韌性指標(biāo)，如冷脆轉(zhuǎn)變溫度、沖擊能量等。它們都是一些定性的經(jīng)驗(yàn)參量，只能在一定條件下用于評(píng)定材料，而不能用于設(shè)計(jì)。在美國(guó)的G.R.歐文等人的努力下，逐步建立起線彈性斷裂力學(xué)并進(jìn)而發(fā)展出彈塑性斷裂力學(xué)，提出了一些描述裂紋擴(kuò)展的參量，如應(yīng)力強(qiáng)度因子、J積分、裂紋張開(kāi)位移（COD）等。將它們和傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論結(jié)合起來(lái)，可以設(shè)計(jì)出更安全和更經(jīng)濟(jì)的工程結(jié)構(gòu)。因此，在航天、核電工程等領(lǐng)域，斷裂力學(xué)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
另一方面，由于裂紋頂端的一個(gè)很小的區(qū)域?qū)τ诹鸭y擴(kuò)展規(guī)律有重要影響，裂紋擴(kuò)展同材料的—些微觀特性，特別是冶金性質(zhì)（如晶粒大小、二相粒子、位錯(cuò)等）關(guān)系極大，這就要求斷裂力學(xué)在研究中把材料工藝學(xué)、冶金學(xué)、金屬物理學(xué)等方面的成果同力學(xué)結(jié)合起來(lái)。隨著斷裂力學(xué)的發(fā)展，微觀裂紋也已進(jìn)入研究范圍。在研究裂紋擴(kuò)展規(guī)律時(shí)，也開(kāi)始涉及裂紋產(chǎn)生的原因。
在對(duì)金屬部件進(jìn)行缺陷評(píng)估的時(shí)候，我們大致可以分為兩類(lèi)。
展開(kāi) 
斷裂力學(xué)的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
斷裂力學(xué)的最新內(nèi)容
疲勞仿真就是在結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析（特別是基于CFD模擬得到的載荷譜）基礎(chǔ)上，引入材料的疲勞性能數(shù)據(jù)（S-N曲線或斷裂力學(xué)模型），對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行疲勞壽命評(píng)估。
2025年12月15日，材料斷裂力學(xué)領(lǐng)域迎來(lái)一篇重量級(jí)綜述。哈佛大學(xué)鎖志剛教授團(tuán)隊(duì)在頂級(jí)期刊《Chemical Reviews》上發(fā)表了題為“Thermodynamic and Molecular Origins of Crack Resistance in Polymer Networks”的綜述論文，其作者為陳哲琪博士、鎖志剛教授。
Endurica的核心優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
01
基于物理的仿真模型
軟件內(nèi)核基于斷裂力學(xué)理論，能夠依據(jù)材料的疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)直接預(yù)測(cè)產(chǎn)品壽命，仿真結(jié)果較傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式更為可靠。
02
與主流FEA軟件無(wú)縫集成
支持直接讀取Abaqus、Ansys、Hexagon Marc等有限元分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)高效的工作流程整合。
我司測(cè)試獲得的典型材料拉伸試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線
核心疲勞性能與耐久性邊界
從斷裂力學(xué)與裂紋萌生兩個(gè)角度系統(tǒng)研究材料的疲勞發(fā)展歷程。
核心測(cè)試
疲勞裂紋擴(kuò)展測(cè)試、動(dòng)態(tài)變載荷循環(huán)疲勞拉伸、最大撕裂能測(cè)試、本征強(qiáng)度測(cè)試。
工程價(jià)值
量化材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率與裂紋萌生壽命，確定其耐久極限，為基于物理機(jī)理的疲勞壽命預(yù)測(cè)模型提供關(guān)鍵輸入。
三大核心痛點(diǎn)：
產(chǎn)線切換慢：傳統(tǒng)方法換型時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法滿足多品種、小批量需求
質(zhì)量管控難：復(fù)雜系統(tǒng)的質(zhì)量預(yù)測(cè)與追溯困難
預(yù)測(cè)性維護(hù)不精準(zhǔn)：設(shè)備故障預(yù)警時(shí)間窗口短，停機(jī)損失大
NO.1 Ansys Mechanical 2026 R1新功能介紹
核心價(jià)值：網(wǎng)格生成、可靠性分析及先進(jìn)建模技術(shù)系統(tǒng)性提升；在接觸、材料本構(gòu)、斷裂力學(xué)、復(fù)材建模
求解器方面，加強(qiáng)了線性、非線性求解器；在接觸、材料本構(gòu)、斷裂力學(xué)、復(fù)材建模、拓?fù)鋬?yōu)化以及聲學(xué)分析等學(xué)科都有顯著增強(qiáng)；新增了材料去除等功能；同時(shí)，Ansys持續(xù)推進(jìn)并行計(jì)算、GPU加速與 AI/ML 技術(shù)探索，為下一代工程仿真奠定基礎(chǔ)。
一、經(jīng)典斷裂力學(xué)的"阿喀琉斯之踵"
1.1 數(shù)學(xué)尖點(diǎn) vs 物理現(xiàn)實(shí)
1913年，Inglis分析了含裂紋無(wú)限大板的應(yīng)力集中問(wèn)題，奠定了線彈性斷裂力學(xué)（LEFM）的基礎(chǔ)。其核心假設(shè)是：裂紋尖端是數(shù)學(xué)上的尖點(diǎn)（半徑為零）。
差點(diǎn)4個(gè)月前
從斷裂力學(xué)看固體力學(xué)之：一些知識(shí).pptx
力學(xué).docx
相場(chǎng)法（Phase-Field Method, PFM）作為當(dāng)前斷裂力學(xué)模擬的熱門(mén)方法，編程門(mén)檻較高。
初學(xué)者的困境：閱讀文獻(xiàn)中的公式往往一頭霧水，不知道如何轉(zhuǎn)化為離散的有限元代碼。
現(xiàn)有資源的門(mén)檻：網(wǎng)上的開(kāi)源代碼多為Fortran編寫(xiě)的Abaqus UEL/UMAT子程序，調(diào)試極其困難，且相當(dāng)于“黑盒”，難以直觀理解算法邏輯。
層內(nèi)與層間失效預(yù)測(cè)
拓?fù)鋬?yōu)化與遺傳算法（GA）
材料/結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)
優(yōu)化纖維方向、層數(shù)、厚度分布
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)算法（ML/AI）
材料性能預(yù)測(cè)、損傷識(shí)別
使用機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)對(duì)力學(xué)性能或固化過(guò)程建模
斷裂力學(xué)算法
