裂缝是在应力的作用下将物体或材料分离成两个或更多个部分。 通常由于固体内某些位移不连续面的形成而发生固体断裂。 如果位移垂直于位移表面发展，则称为正常拉伸裂纹或简称裂纹; 如果位移与位移表面相切，则称为剪切裂纹，滑移带或位错。[1]
发生脆性骨折，骨折前无明显变形; 在分离之前发生可见变形时会发生韧性断裂。 断裂强度或断裂强度是当样品失效或断裂时的应力。 通过对断裂力学的研究可以帮助详细了解材料中如何发生断裂。
目录
1骨折强度
2类型
2.1脆性骨折
2.2韧性断裂
3断裂模式和特征
4显著的骨折失败
5参考文献
断裂强度
Stress vs. strain curve typical of aluminum
铝的典型应力 - 应变曲线
1.极限拉伸强度
2.屈服强度
3.比例极限压力
4.骨折
5.偏移应变（通常为0.2％）
断裂强度也称为断裂强度，是试样因断裂而破裂的应力。[2] 这通常通过拉伸测试来确定给定的样品，该拉伸测试绘制了应力 - 应变曲线（见图）。 最终的记录点是断裂强度。
延性材料的断裂强度低于极限抗拉强度（UTS），而在脆性材料中，断裂强度与UTS相当[2]。 如果韧性材料在负载控制的情况下达到其极限拉伸强度，[注1]它将继续变形，无需额外的载荷，直至其破裂。 但是，如果载荷是位移控制的，[注2]材料的变形可以减轻载荷，防止破裂。
类型
有两种类型的骨折：
脆性骨折
Brittle fracture in glass
玻璃碎裂
Fracture of an aluminum crank arm of a bicycle, where Bright= brittle fracture, Dark= fatigue fractu ...
自行车铝合金曲柄臂断裂，其中Bright =脆性断裂，Dark =疲劳断裂。
在脆性断裂中，在断裂之前没有发生明显的塑性变形。 脆性断裂通常涉及很少的能量吸收，并且在高速下发生 - 钢中高达2133.6 m / s（7000 ft / s）。[3] 在大多数情况下，即使停止装载，脆性断裂也会继续。[4]
在脆性晶体材料中，由于拉伸应力垂直于具有低键合（解理面）的晶面的作用，裂缝可以通过解理发生。 相比之下，在无定形固体中，缺乏晶体结构会导致贝壳状断裂，其裂纹正常于施加的张力。
晶体材料的理论强度（大致）
仔细观察，我们可以看到尖锐的裂缝和大的缺陷都降低了材料的断裂强度。
最近，科学家们发现了超音速断裂，裂纹扩散现象比物质中的声速更快[5]。这种现象最近也通过类似橡胶材料的断裂实验得到证实。
典型脆性断裂的基本顺序是：在材料投入使用之前或之后引入缺陷，在复现载荷下缓慢且稳定的裂纹扩展，以及当裂纹根据所定义的条件达到临界裂纹长度时突然快速失效通过断裂力学。[4]通过控制三个主要因素可以避免脆性断裂：材料断裂韧性（Kc），标称应力水平（σ）和引入的缺陷尺寸（a）。[3]残余应力，温度，加载速率和应力集中也通过影响三个主要因素导致脆性断裂[3]。
在某些条件下，延性材料可能表现出脆性行为。快速加载，低温和三轴应力约束条件可能会导致延性材料在没有预先变形的情况下失效[3]。
韧性断裂
Ductile failure of a specimen strained axially
轴向应变的试样的延性破坏
在韧性断裂中，在断裂之前发生广泛的塑性变形（颈缩）。 术语断裂或延性断裂描述了在拉伸状态下加载韧性材料的最终失效。 材料“开裂”，而不是开裂，通常会留下粗糙的表面。 在这种情况下，传播缓慢并且在断裂之前吸收大量能量[6]。
Schematic representation of the steps in ductile fracture (in pure tension)
韧性断裂步骤的示意图（纯张力）
因为韧性断裂涉及高度塑性变形，所以如上模拟的传播裂缝的断裂行为基本上发生变化。 来自裂纹尖端处的应力集中的一些能量在裂纹传播时通过塑性变形消散。
韧性断裂的基本步骤是：空隙形成，空洞聚结（也称为裂纹形成），裂纹扩展和破坏，常常导致杯形和锥形的破坏表面。
断裂模式和特征
有三种标准惯例用于定义弹性材料的相对位移，以分析Irwin提出的裂纹扩展[7] [7]。 此外，断裂可能涉及均匀应变或这些模式的组合。[4]
Fracture crack separation modes
断裂分离模式
模式I裂缝 - 开放模式（垂直于裂缝平面的拉伸应力）
模式II裂纹 - 滑动模式（平行于裂纹平面并垂直于裂纹前缘的剪应力）
III型裂纹 - 撕裂模式（平行于裂纹平面并平行于裂纹前缘的剪应力）
裂缝通过材料传播的方式可以深入了解裂缝的模式。随着韧性断裂，裂缝移动缓慢并且伴随着裂缝尖端周围的大量塑性变形。除非施加增加的应力，否则延性裂纹通常不会传播，并且在移除载荷时通常会停止传播。[4]在韧性材料中，裂纹可能会进入应力稍低的材料部分，并由于裂纹尖端塑性变形的钝化效应而停止。另一方面，在脆性断裂的情况下，裂缝非常迅速地扩散，几乎没有塑性变形。在脆性材料中传播的裂缝一旦开始就会继续增长。
裂纹扩展也根据微观层面的裂纹特征进行分类。穿过材料内晶粒的裂纹正在经历穿晶断裂。沿晶界传播的裂缝称为沿晶断裂。通常，材料颗粒之间的结合在室温下比材料本身更强，因此更容易发生穿晶断裂。当温度升高足以削弱晶界时，晶间断裂是更常见的断裂模式[4]。
显着的骨折失败
脆性断裂造成的破坏不限于任何特定类型的工程结构[3]。尽管脆性断裂不如其他类型的失效常见，但对生命和财产的影响可能更为严重[3]。以下显着的历史故障归因于脆性断裂：
压力容器：1919年的大型糖蜜洪水，[3] 1973年新泽西糖蜜罐失效[4]
桥梁：King Street Bridge跨越1962年崩溃，1967年银桥倒塌，[3] 2000年Hoan桥部分失败
船舶：1912年的泰坦尼克号，[4]第二次世界大战期间的自由舰船，[3] SS Schenectady于1943年[4]
也可以看看
环境应力断裂
骨折（矿物学）
断裂（地质）
断口
法医工程
法医材料工程
吉尔伯特镶嵌
微孔聚结
笔记
 一个简单的负载控制拉伸情况将是从上方支撑样本，并从底端悬挂重量。试样上的载荷与其变形无关。
 一个简单的位移控制拉伸情况是将一个非常坚硬的千斤顶连接到试样的末端。当千斤顶伸出时，它控制样品的位移;试样上的载荷取决于变形。
参考：
1. Cherepanov, G.P., Mechanics of Brittle Fracture
2. Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley, p. 32, ISBN 0-471-65653-4.
3. Rolfe, John M. Barsom, Stanley T. (1999). Fracture and fatigue control in structures : applications of fracture mechanics (3. ed.). West Conshohocken, Pa.: ASTM. ISBN 0803120826.
4. Campbell, edited by F.C. (2012). Fatigue and fracture : understanding the basics. Materials Park, Ohio: ASM International. ISBN 1615039767.
5. C. H. Chen; H. P. Zhang; J. Niemczura; K. Ravi-Chandar; M. Marder (November 2011). "Scaling of crack propagation in rubber sheets". Europhysics Letters. 96 (3): 36009. Bibcode:2011EL.....9636009C. doi:10.1209/0295-5075/96/36009.
6. Perez, Nestor (2016). Fracture Mechanics (2nd ed.). Springer. ISBN 3319249975.
7. Jin, C.T. Sun, Z.-H. (2012). Fracture mechanics. Waltham, MA: Academic Press. ISBN 9780123850010. | 
