什麼是破壞前降伏

即使有裂縫，構件整體也先降伏，不發生突然脆性破壞的狀態。容許的裂縫大小與 (K_IC/σy)² 成正比，K_IC/σy 成為性能指標。

日文名稱: 破壊前降伏

想法

對有裂縫的構件施加負荷時，會先發生以下其中之一：裂縫尖端的應力強度因子K達到破壞韌性K_IC而突然破壞，或在此之前構件整體的應力達到降伏應力σy而塑性變形。破壞前降伏是確保後者一定先發生的設計想法。降伏時構件會明顯變形，因此能在突然的脆性破壞之前察覺異常。由 K = Yσ√(πa)，求 σ = σy 時 K = K_IC 的裂縫長度，得 a = (1/π)(K_IC/(Yσy))²，比此小的裂縫就會先降伏。

提高強度會使容許裂縫變小

臨界裂縫長度與 (K_IC/σy)² 成正比，因此K_IC不變而提高降伏應力時，容許的裂縫以2次方變小。例如 K_IC = 40 MPa·√m、σy = 400 MPa 的材料（Y = 1），臨界值約3.2 mm，但在相同K_IC下把σy提高到600 MPa，就變成約1.4 mm。實際上以熱處理等提高強度時，韌性也常下降，因此容許裂縫會更小。強度越高的材料不一定越安全，必須與檢查能發現的裂縫大小比較來選擇材料。

出現相同比值的場合

K_IC/σy 這個比值也出現在破壞力學的其他場合。裂縫尖端形成的塑性區大小與 (K/σy)² 成正比，平面應力下約為 (1/2π)(K/σy)²。此外，在破壞韌性試驗中要得到有效的平面應變K_IC，試片厚度與裂縫長度須在 2.5(K_IC/σy)² 以上（ASTM E399）。K_IC = 40 MPa·√m、σy = 400 MPa 時為25 mm。K_IC/σy 大的材料能在裂縫尖端大量塑性變形，在一般厚度的構件中不易脆性破壞。

在壓力容器中的運用

破壞前降伏的想法常用於壓力容器與配管的材料選擇。以破壞前降伏為目標時的性能指標為 K_IC/σy，在Ashby材料選擇圖上把K_IC與σy取雙對數，以斜率1的線比較。此外，在即使裂縫貫穿壁厚而內容物洩漏，當時也還不會發生突然破壞的破前洩漏（leak-before-break）想法中，指標成為 K_IC²/σy。對溫度下降時K_IC降低的鋼，兩者都必須以最低使用溫度下的值來判斷。

常見問題

破壞前降伏與破前洩漏（leak-before-break）有何不同？

破壞前降伏是使構件整體在從裂縫破壞之前先降伏的想法，性能指標為 K_IC/σy。破前洩漏是即使裂縫貫穿壁厚而發生洩漏，該長度的裂縫也還不會引起突然破壞的想法，壓力容器的指標為 K_IC²/σy。

降伏之後就不會破壞嗎？

先發生降伏的意思是能避免突然的脆性破壞，並不是不會破壞。負荷再增加時，會在大幅變形後發生延性破壞。此外，裂縫因疲勞或應力腐蝕破裂而成長時，可能超過臨界長度而使條件不再成立。

臨界裂縫長度式中的形狀係數Y是什麼？

是表示應力強度因子隨裂縫形狀、位置與構件尺寸而異的無因次係數，寫成 K = Yσ√(πa)。無限寬板中央的貫穿裂縫 Y = 1，表面裂縫或寬度有限的板則偏離1。Y越大，臨界裂縫長度越小。