断裂力学引论 MA 02139， 剑 桥 麻 省 理 工 学 院 材 料 科 学 与 工 程 系 Dav id Roy lance 2001 年 6 月 14 日 引言 1983 年 ， 美 国 国 家 标 准 局 （ 现 国 家 科 学 和 技 术 研 究 院 ） 和 巴 特 来 （ Battelle） 编 年 史 协会 1估 计 ： 1982 年 由 断 裂 引 发 的 事 故 造 成 的 损 失 竟 高 达 1190 亿 美 元 。 经 济 损 失 固 然 惨 重 ， 而在 许 多 事 故 中 ， 为 丧 生 和 人 身 伤 害 付 出 的 代 价 更 是 难 以 估 量 。 引 起 结 构 失 效 的 原 因 很 多 ， 包 括 载 荷 和 环 境 的 不 确 定 性 ； 材 料 本 身 的 缺 陷 ； 设 计 不 当 ；以 及 施 工 马 虎 、 缺 乏 维 护 等 。 抗 断 裂 设 计 有 其 自 己 的 一 套 技 术 ， 是 目 前 极为 活跃的 研 究 领域。本 模块将介绍这一 领域的 重 要方面， 因 为 若缺 乏 断 裂 方面的 知识， 则前 面所述的 应力分析方法几乎没什么用处。 我们的 重 点是 单向拉伸时因 应力过大而 引 起 的 断 裂 ， 但要再一 次告诫设计 师： 务需尽可能多 地考虑可能引 起 失 效 的 各种因 素， 尤其 是 在 可能会 危及 生 命的 场合。 “屈服和 蠕变的 基础——位错”这一 模块（ 模块21） 中 曾指出 ： 如何通过控制微观结构 以 抑制位错运动， 从而 使结 构 材 料 （ 特 别是 钢） 的 强度增加、 达 到一 个很 高 的 水平。 不 幸的 是 ， 这也使材 料 变得越来 越脆， 以 至于在 几乎毫无预兆的 情况下， 裂 纹能够形成 并灾难 性地扩展。 一 系 列不 幸的 工 程 事 故 都与 这一 现 象直接相关， 因 此， 涉及 结 构 设 计 的 工 程 师们必须清楚地了解目 前 应用的 各种防止脆性 断 裂 的 加工 工 艺。 高 强度材 料 抗 断 裂 设 计 的 主要困难 是 ： 裂 纹的 存在 使局 部应力有 很 大的 变化， 以 至于设 计 师们仔细的 弹性 应力分析也难 以 胜任。当 裂 纹达 到某个临界长度时，即使总应力仍远远低于使拉伸试样正常屈服或破坏的应力， 裂 纹也会 在 结 构 中 灾难 性 地扩展。术 语“...
