材料的强韧化

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第一讲 概论
/ \( E2 e) E& h& i    人们为了提高材料的强度往往以损失韧性，引起脆化为代价。要有效提高材料的强度，必须同时增加强韧性。因此，材料的强韧化问题一直是结构材料研究和开发的主题。
材料的强韧化理论是20世纪末断裂力学理论及其应用发展的一个主要方向，无论是金属及其合金、精细结构陶瓷、结构高分子、高强混凝土、形状记忆合金和复合材料，还是其它新型结构材料，都涉及材料的变形与断裂、材料的强度和韧性、材料的疲劳等，这些都与材料的强韧化是密不可分的。
§1 材料的失效
" n. ~7 H4 v# S* F一、失效的基本概念
3 a  F, d: }- ^0 i4 A1. 材料的失效：是指工程结构的部件在服役过程伤亡，使工程结构低效工作或提前退役的现象。
# C/ _+ p- }! U3 f5 y9 w2. 失效的原因：是由于材料的性能满足不了服役(或制造、试车、贮运)时的力学、化学、热学等外界条件。
8 K+ U& G* g" o6 L3. 失效的方式：变形、断裂、腐蚀、磨损、烧损
7 f7 i9 g8 w- }! U. W. x据1982年的统计，美国每年因材料腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济年总产值的左右，为1260亿美元。材料断裂和磨损造成的损失分别为1190亿和1000亿美元。
2 {# W! G* Q  d0 m( ~　　腐蚀和磨损是"慢性病"，而断裂是"爆发性疾病"，最受人们重视。对其他结构材料来说，断裂也是陶瓷材料最主要的失效方式，高分子材料由于老化，也易脆断。对于功能材料，则物理性能的降级会引起失效，对功能材料也有断裂和腐蚀问题。
( E* B: c8 e$ z" Z5 n, Y如1986年美国挑战者号航天飞机的爆炸，就是由于一个密封圈的老化，造成燃料氢的泄露而引起的。许多国内外飞机失事，也是由于材料的质量问题所致。泰坦尼克号的失事是低温引起材料焊接处脆断。
二、脆断的理解
    在失效的几种方式中，以断裂失效所带来的危害最大，而断裂又分为延性断裂和脆性断裂，其中脆性断裂最具突然性，材料的脆断有以下几点共性：
" d' g4 s: N4 F: B9 i$ M) o    (1) 脆断时，结构的宏观应力一般都低于材料的屈服强度；
' G, Z/ T8 B2 J0 O0 E+ X; Q- u    (2) 脆断从应力集中处开始，材料生产和机械制造过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，通常是脆断的发源地；
    (3) 低温、厚截面和高应变速率，易于引起脆断。
    断裂事故的发生，产生以下四方面效应：
2 H! x1 |) e: i/ G+ \; J9 c- ^, e    (1) 冲击了原有的设计思想；
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) S7 m. n+ ?, D9 h3 g. N       S为安全系数，一般为1.5~2，σmax为依据构件的几何形状和载荷所计

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