什麼是破壞韌性
有裂縫的材料抵抗破壞的能力。以應力強度因子的臨界值 K_IC（單位 MPa·√m）表示，與 K = Yσ√(πa) 比較以判定破壞。
日文名稱: 破壊靭性
「破壞韌性」出現在4領域的6道練習題中（機械性質與破壞, 破壞力學與疲勞, 陶瓷與玻璃等）。
這個名詞所屬的領域: 機械性質與破壞
應力強度因子與破壞條件
裂縫尖端應力的強度以應力強度因子 K = Yσ√(πa) 表示。σ是遠處的應力，a是裂縫長度（表面裂縫為深度，內部裂縫為長度的一半），Y是由裂縫與構件形狀決定的係數。當K達到該材料的臨界值時，裂縫急速擴展而發生破壞，這個臨界值稱為破壞韌性。單位為 MPa·√m，其特徵是同時包含應力與裂縫長度。如此不只是強度，也能以數值比較對裂縫的抵抗力。
平面應變破壞韌性 K_IC
破壞韌性的值隨板厚而改變。薄板接近平面應力，裂縫尖端的塑性區大，表觀值較高；厚板則成為平面應變狀態，值下降並穩定在固定的最小值。這個值就是平面應變破壞韌性 K_IC，下標I表示使裂縫張開方向的負荷（模式I）。K_IC 可視為材料常數，在設計上是偏安全的值。大致的標準是：結構用鋼約50〜150 MPa·√m（強度越高越低），鋁合金約20〜45，氧化鋁約3〜5，鈉鈣玻璃不到1（約0.7〜0.8）。
強度與韌性的取捨
一般而言，以熱處理等提高強度時，破壞韌性有下降的傾向。強度越高的材料，可容許的裂縫越小，臨界裂縫長度與 (K_IC/σ)² 成正比，因此即使使用應力的比例相同，影響也會變大。所以在飛機或壓力容器中，選材時不只看強度，也要一併考慮韌性。在陶瓷中，會以氧化鋯的相變韌化、纖維或粒子造成的裂縫橋接等方法提高韌性。在金屬中，晶粒細化與減少夾雜物對提高韌性有效。
在設計與檢查中的用法
在損傷容許設計中，假設非破壞檢測可能漏看的最大裂縫，確認使用應力下的K是否低於 K_IC。再與表示疲勞裂縫成長速率的Paris定律組合，估算裂縫達到臨界長度前的反覆次數，以決定檢查間隔。對延性大、塑性區寬的材料，難以用 K 評估，因此使用J積分或裂縫尖端開口位移（CTOD）等彈塑性破壞力學的指標。使用哪種指標，要依材料的延性與構件的尺寸判斷。
練習破壞韌性的題目
破壞韌性 K_IC = 50 MPa·√m 的鋼板承受200 MPa的拉伸應力。設形狀係數 Y = 1.0，使用 K = Yσ√(πa)，發生破壞的臨界裂縫長度a最接近下列何者？
- A約20 mm
- B約62.5 mm
- C約80 mm
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正確答案：A. 約20 mm
由 K = K_IC 的條件得 a = (1/π)(K_IC/Yσ)²。K_IC/σ = 50/200 = 0.25 √m，因此 a = 0.25²/π = 0.0625/3.14 ≈ 0.0199 m，約20 mm。約62.5 mm 是忘了除以 π 的值，約80 mm 是沒有取2次方而算成 0.25/π 的錯誤。臨界裂縫長度與應力的2次方成反比，因此應力減半時，可容許的裂縫長度會變為4倍。將非破壞檢測能發現的裂縫大小與這個臨界值比較，就是損傷容許設計的思考方式。
以同一材料量測不同厚度板材的破壞韌性時，增加板厚，表觀破壞韌性 K_c 會如何變化？
- A板越厚塑性區越大，因此持續增加
- B為材料固有的常數，與板厚無關而保持固定
- C拘束增強而減少，並趨近平面應變的值 K_IC
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正確答案：C. 拘束增強而減少，並趨近平面應變的值 K_IC
薄板在板厚方向的拘束較弱（接近平面應力），裂縫尖端的塑性區大幅擴展而吸收較多能量，因此表觀破壞韌性 K_c 較高。板變厚時，板厚方向的變形受到拘束而成為平面應變狀態，塑性區變小，K_c 減少，在某一板厚以上會穩定在幾乎固定的最小值 K_IC。因此 K_IC 可視為材料常數，在設計中作為偏安全的值使用。在試驗規範中，為了使平面應變成立，要求足夠的板厚，其大小與 (K_IC/降伏應力)² 成正比。
常見問題
破壞韌性與衝擊值（沙丕吸收能）有什麼不同？
沙丕衝擊值是破壞缺口試片所需的能量，便於比較材料與評估延性-脆性轉移，但並不是能直接用於設計的值。破壞韌性則是能由裂縫大小與應力定量預測破壞的材料常數。
K_IC 的單位 MPa·√m 是怎麼來的？
在 K = Yσ√(πa) 中，σ為MPa，a為m，因此成為 MPa·√m。Y與π是無單位的數。
陶瓷的破壞韌性大約是多少？
氧化鋁為3〜5 MPa·√m，氮化矽約為5〜8，部分穩定氧化鋯約為6〜10，是金屬的數十分之一到數分之一。因此即使是小缺陷也容易破壞，強度的離散也大。
解析中的「破壞韌性」
薄板在板厚方向的拘束較弱（接近平面應力），裂縫尖端的塑性區大幅擴展而吸收較多能量，因此表觀破壞韌性 K_c 較高。
以同一材料量測不同厚度板材的破壞韌性時，增加板厚，表觀破壞韌性 K_c 會如何變化？脆性材料在模式I的負荷下最容易破壞，而且裂縫傾向轉向成為模式I的方向擴展，因此破壞韌性通常以模式I的臨界值 K_IC 表示。
在裂縫的變形模式中，關於模式I的敘述，下列何者正確？在最大應力強度因子 K_max 接近破壞韌性 K_IC 的高區域，速率急遽增加而導致不穩定破壞，因此擴展停止的說法是相反的。
將疲勞裂縫擴展速率 da/dN 對應力強度因子範圍 ΔK 以雙對數作圖的曲線，下列敘述何者正確？石英玻璃的熱導率約為1.4 W/(m·K) 而很小，破壞韌性約0.8 MPa·√m 也與鈉鈣玻璃相當，兩者都遠不及金屬。
把燒紅的石英玻璃（熔融石英）放入水中也不易破裂，鈉鈣玻璃卻容易破裂。石英玻璃耐熱衝擊性高的主要原因為下列何者？