Теория разрушения материалов — это междисциплинарная область материаловедения и механики твердого тела , которая пытается предсказать условия , при которых твердые материалы разрушаются под действием внешних нагрузок . Разрушение материала обычно классифицируют на хрупкое разрушение ( излом ) или пластическое разрушение ( текучесть ). В зависимости от условий (таких как температура , состояние напряжения , скорость нагрузки) большинство материалов могут разрушаться хрупко или пластично, или и то, и другое. Однако в большинстве практических ситуаций материал можно классифицировать как хрупкий или пластичный.
В математических терминах теория разрушения выражается в виде различных критериев разрушения, справедливых для конкретных материалов. Критерии отказа — это функции в пространстве напряжений или деформаций , которые отделяют «неудачные» состояния от «безотказных». Точное физическое определение «неисправного» состояния нелегко определить количественно, и в инженерном сообществе используется несколько рабочих определений. Довольно часто феноменологические критерии разрушения одной и той же формы используются для прогнозирования хрупкого разрушения и пластической текучести.
В материаловедении разрушение материала — это потеря несущей способности материальной единицы. Это определение знакомит с тем фактом, что разрушение материала можно рассматривать в разных масштабах: от микроскопического до макроскопического . В структурных задачах, где реакция конструкции может выходить за рамки инициирования нелинейного поведения материала, разрушение материала имеет огромное значение для определения целостности конструкции. С другой стороны, из-за отсутствия общепринятых критериев разрушения , определение повреждения конструкции из-за разрушения материала все еще находится в стадии интенсивных исследований.
Разрушение материала можно разделить на две более широкие категории в зависимости от масштаба исследования материала:
Микроскопическое разрушение материала определяется с точки зрения возникновения и распространения трещин. Такие методологии полезны для получения информации о растрескивании образцов и простых конструкций при четко определенном распределении глобальной нагрузки. Микроскопический отказ предполагает возникновение и распространение трещины. Критерии разрушения в данном случае связаны с микроскопическим разрушением. Одними из наиболее популярных моделей разрушения в этой области являются модели микромеханического разрушения, которые сочетают в себе преимущества механики сплошной среды и классической механики разрушения . [1] Такие модели основаны на представлении о том, что в процессе пластической деформации микропоры зарождаются и растут до тех пор, пока не произойдет локальное пластическое перешеек или разрушение межпустотной матрицы, что вызывает слияние соседних пустот. Такая модель, предложенная Гурсоном и расширенная Твергаардом и Нидлманом , известна как GTN. Другой подход, предложенный Русселье, основан на механике сплошных повреждений (CDM) и термодинамике . Обе модели представляют собой модификацию потенциала текучести фон Мизеса путем введения скалярной величины повреждения, которая представляет собой объемную долю полостей, пористость f .
Макроскопическое разрушение материала определяется с точки зрения несущей способности или способности аккумулировать энергию, что эквивалентно. Ли [2] представляет классификацию макроскопических критериев разрушения по четырем категориям: