材料的理论断裂强度 附晶体材料强度与断裂微观理论下载

材料力学低碳钢拉伸试验中，材料的变形分为四个阶段：弹性阶段、屈服流动阶段、强化阶段和径缩断裂阶段，如图1，其中当材料经过d点后，材料很快发生断裂，该点对应的应力σ_b即为强度极限。但这只是实验观察到的现象，它与材料的理论断裂值还有很大的区别。

假设材料的断裂是由于原子间距被拉的太远，超过了极限从而发生的断裂。我们知道，原子之间的力与原子间的距离存在一定的关系，当原子靠的特别近的时候，原子间存在排斥力，当原子离的比较远的时候，原子间存在相互吸引力，在某一距离下，原子间的作用力为0，即平衡位置。

现在我们来考虑原子间的力与应力的关系，根据应力的定义

显然，曲线上的最大值σ_m即代表原子间的最大结合力——理论断裂强度，即在理论上认为材料应力超过σ_m时将被拉断。作为一级近似，该曲线可用正弦曲线表示。

而实际上，对于纯铁的抗拉强度是只有170～270MPa左右，我们熟知的Q235钢，其抗拉极限为375～460MPa，Q345钢的抗拉强度约是490-620MPa，远远低于材料的理论断裂强度。主要原因在于公式(11)表示的是理想材料的断裂强度，也就是说材料中没有任何的缺陷。但这是不可能的，材料在冶金、铸造、加工等过程中难免会产生一些初始缺陷，造成应力集中从而大大降低了材料的强度缺陷。

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