材料選擇與設計

對於在降伏應力 σy 下使用的構件,為了不在降伏之前發生脆性破壞,裂縫大小的上限可由 a = (1/π)(K_IC/σy)² 估算(形狀係數 Y = 1)。對鋼(σy = 800 MPa,K_IC = 120 MPa·√m)而言,此臨界裂縫長度最接近下列何者?

  1. A約7.2 mm
  2. B約23 mm
  3. C約0.35 mm
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正確答案:A. 約7.2 mm

K_IC/σy = 120/800 = 0.15 √m,因此 a = (0.15)²/π = 0.0225/π ≈ 7.2×10⁻³ m = 約7.2 mm。比這短的裂縫,在從裂縫破壞之前構件整體就會降伏,因此在破壞前會大幅變形,可以察覺異常。約23 mm 是忘了除以π的值(0.0225 m)。約0.35 mm 是另一種高強度鋼(σy = 1500 MPa,K_IC = 50 MPa·√m)會得到的值,強度高而韌性低的材料,即使是檢查不易發現的小裂縫,也會在降伏前破壞。像這樣,想避免破壞時,不只看強度,也要以 K_IC/σy 為性能指標選擇材料,並與檢查能偵測到的裂縫大小比較。

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