破壞力學與疲勞

在鋼這類具延性的金屬中,裂縫擴展所需的能量(臨界能量釋放率 G_c)比由表面能估算的 2γs(數J/m²左右)大好幾個數量級。主要原因為下列何者?

  1. A裂縫尖端發生塑性變形,以塑性功的形式消耗大量能量
  2. B金屬的表面能比陶瓷大數千倍
  3. C金屬中幾乎沒有裂縫,Griffith理論不適用
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正確答案:A. 裂縫尖端發生塑性變形,以塑性功的形式消耗大量能量

Orowan與Irwin將Griffith的想法推廣到金屬,把裂縫擴展所需的能量表示為 G_c = 2γs + γp。γp 是在裂縫尖端塑性區中消耗的塑性功,在具延性的鋼中超過10⁴ J/m²,遠大於 2γs。金屬的表面能約為1〜3 J/m²,與陶瓷並沒有差到數量級不同的程度。金屬中也有夾雜物與裂縫,Griffith的能量收支在加入塑性功之後,仍直接作為基礎使用。像玻璃這樣不易塑性變形的材料,G_c 是與 2γs 同一數量級的小值。

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