破壞力學與疲勞

完美晶體的理論強度估計約為楊氏模數的10分之1,但玻璃等脆性材料的實際破壞強度,往往只有它的數十分之一到數百分之一。主要原因為下列何者?

  1. A實際材料中,原子間的鍵結力本身只有理論假設值的數十分之一左右
  2. B材料內部或表面微小裂縫的尖端應力集中,局部達到理論強度
  3. C截面積隨負荷而變小,使真應力達到公稱應力的數十倍而達到理論強度
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正確答案:B. 材料內部或表面微小裂縫的尖端應力集中,局部達到理論強度

理論強度是一次將原子面彼此拉開所需的應力,約為 E/10(玻璃約7 GPa)。Griffith認為,實際材料中存在微小裂縫,其尖端應力集中而局部達到理論強度,因此即使平均應力低得多,破壞也會開始。剛抽製、表面沒有傷痕的玻璃纖維強度可達數GPa,支持了這個想法。鍵結力本身已包含在理論強度的估算中,並不是比假設的小。真應力與公稱應力的差異,是會發生頸縮的延性材料的問題,無法說明脆性材料強度低的原因。

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