讓我們先從破壞力學談起，在一破裂韌性的材料中，已知長度的裂縫在相當的應力水平下，即有成長至破裂危險的可能性。在破壞力學中，對於裂縫的破裂方式可歸納成以下三種模式(圖1)所示：

模式一：張裂型 (Opening mode)

模式二：剪裂型 (Sliding mode)

模式三：撕裂型 (Tearing mode)

圖1裂縫破裂的三種模式

　　機件的破裂常是結合以上三種破裂模式，例如一個受扭轉的機件其破裂原因即包含三種應力：拉應力、橫向剪力、縱向剪力，常需實驗力學方面的驗證來補充其理論不足之處，但通常模式一的破裂方式對機件的破壞影響較大，所以最常被提出來討論。

靠近裂縫的局部應力依公稱應力和半裂縫長的開根號的乘積而定，此關係式即為應力強度因子。如圖2，當接近零時，在裂縫尖端的局部應力可升至非常高的程度，而導致在裂縫頂端發生塑性變形。應力強度因子為一描述沿著裂紋應力分佈的方便方法，如果兩個不同幾何的裂紋有相同的值，則沿著每一裂紋的應力場將相同。對於許多裂縫及荷重的型式可使用彈性理論來計算值，一般情況的應力強度應可得到

=

其中為依試片和裂縫幾何形狀而定的參數。例如，對於板寬為w在裂縫長度中心位置處受拉伸負荷，則

=

圖3 開放式裂縫模式之裂縫成長

　　模式一又可稱為開放式裂縫模式，此為破裂軔性試驗之一般模式，如圖3 為開放式裂縫模式之裂縫成長情形，其裂縫出現時之應力強度值為，在裂縫成長第I期時，裂縫很快的成長至一個長度後停止繼續成長，此後進入裂縫成長第II期，繼續增加，但裂縫的成長速度趨於遲緩，到了裂縫成長第III期時，材料進入快速破裂的階段，此時臨界應力強度值為。至於模式二又可稱為向前的剪力模式，剪應力施加於垂直裂縫的先導邊但仍在裂縫平面上。而模式三則為平行的剪力模式，剪應力平均的施加在裂縫的先導邊。對於模式一的荷重有兩極端的狀況，具有薄板型式的試片其應力狀態為平面應力，而厚的試片則視為平面-應變狀況，平面-應變狀況代表較平面-應力試片為低的值。

Brown and Srawley (1966 ASTM STP 410)曾導出的數學解[1]：

對單邊裂縫

對雙邊裂縫

對中央裂縫

其中，

下一頁 回首頁