应力强度因子
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应力强度因子(Stress Intensity Factors),符号为K,是表征弹性材料的裂纹尖端应力、应变状态控制失稳扩展的参量,是断裂力学、破壞力学中极其重要的一个参量。在断裂力学中,应力强度因子用于预测由远程载荷或残余应力引起的裂纹或凹口尖端附近的应力强度,[1]是一个应用于均匀、线弹性材料的理论,对脆性材料的破坏非常适用,也可应用于在裂纹尖端表现出小尺度屈服的材料。
K的大小取决于试样的几何形状、裂纹或凹口的大小和位置,以及材料上载荷的大小和分布。可以写成:[2][3]
其中是试样几何依赖函数,a为长度,W宽度,σ是施加的压力。
弹性力学理论预测,在极坐标()中,裂纹尖端附近的应力分布()具有以下形式:[4]
其中K是应力强度因子(单位为应力×长度1/2),是一个随载荷和几何形状变化的无量纲量。理论上,当r趋近于0时,应力趋近于,导致应力奇异性。[5]然而,实际上,这种关系在靠近裂尖处(r很小时)会失效,因为塑性通常发生在超过材料屈服强度的应力下,此时的线弹性解则不再适用。但如果裂尖的塑性区域相对裂纹长度很小,那么裂尖附近的渐近应力分布则仍然适用。