第二节脆性破坏.docx

第二节脆性破坏.docx

《第二节脆性破坏.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二节脆性破坏.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

第二节脆性破坏

第二节焊接结构的脆性破坏

一、脆性断裂的危害、特征

自从焊接结构得到广泛应用以来，许多国家都发生过一些焊接结构的脆性断裂事故。

虽然发生脆断事故的焊接结构数量与安全工作的焊接结构数量相比是很少的，例如英国对原子能压力容器失效调查统计（表5-1）表明无论在制造中或运行中，脆断事故的比例是很低的。

但是，由于这种事故具有突然发生不易预防的特点，其后果往往是十分严重的，甚至是灾难性的，所以它引起了世界范围有关人员的高度重视。

表5-1压力容器失效调查统计（单位：

%）

压力容器工作状态

损伤事故

灾难性事故

总计

制造过程中（12700台）

5.5×10-2

2.3×10-2

7.8×10-2

运行过程中（100300台）

12.5×10-2

0.7×10-2

13.2×10-2

1．典型焊接结构脆断事例第二次世界大战前，比利时阿尔拜（Albert）运河上建造了大约50座威廉德式桥梁，从桥梁的设计上看，此种形式桥梁的刚度很大，选材为比利时当时生产的St-42钢（转炉钢），桥梁为全焊结构。

1938年3月14日，跨度74.52m的哈塞尔特桥（Hassled）在使用14个月以后，在载荷不大的情况下断塌，事故发生时的气温为-20℃；1940年1月19日和25日该运河上另外两座桥梁又发生局部脆断事故。

从1938年到1940年期间，在此50余座桥梁中共有十多座先后发生了脆断事故。

1946年，美国海军部发表的资料表明，在第二次世界大战期间，美国制造的4694艘船只中，发现970艘船上有1442处裂纹。

这些裂纹多出现在万吨级的自由轮上，其中24艘甲板全部裂断，一艘船底发生完全断裂，八艘从中腰断为两半，其中四艘沉没，上述事故有的发生在风平浪静的情况下。

圆筒形贮罐和球形贮罐的破坏事故更为严重，如1944年10月20日美国东俄亥俄州煤气公司液化天然气贮存基地，该基地装有三台内径为17.4m的球形贮罐，一台直径为21.3m、高为12.8m的圆筒形贮罐。

事故是由圆筒形贮罐开始的，首先在其1/3～1/2的高度处喷出气体和液体，接着听见雷鸣般的响声，倾即化为火焰，然后贮罐爆炸，酿成大火，20min后，一台球罐因底脚过热而倒塌爆炸，使灾情进一步扩大。

这次事故造成128人死亡，损失达680万美元；另一起事故发生在1971年西班牙马德里，一台5000m3球形煤气贮罐，在水压试验时三处开裂而破坏，死伤15人。

2．脆性断裂的危害脆断一般都在应力不高于结构的设计许用应力和没有显著的塑性变形的情况下发生，并瞬时扩展到结构整体，具有突然破坏的性质，不易事先发现和预防，因此往往造成人员伤亡和财产的巨大损失。

这些不幸事件，引起了科学技术人员对金属结构脆性破坏的注意，推动了对脆性破坏机理的研究，采用许多试验方法研究各种有关因素的影响，取得了不少成果，使脆断事故大为减少。

但是，由于问题复杂，有些问题尚未完全解决。

随着国防工业、石油化学工业、机械工业、炼钢工业、电力工业和交通运输业的发展，焊接结构在我国已经得到广泛应用，也曾发生多起脆断事故，因此焊接结构的脆性断裂问题仍是一个应该予以十分重视的问题。

3．脆性断裂的特征通过对脆断事故的分析和研究，发现它们都具有如下特征：

1）断裂一般都在没有显著塑性变形的情况下发生，具有突然破坏的性质。

．

2）破坏一经发生，瞬时就能扩展到结构大部分或全体，因此脆断不易发现和预防。

3）结构在破坏时的应力远远小于结构设计的许用应力。

二、脆性断裂的原因

研究表明，造成焊接结构脆断的原因是多方面的：

主要是材料选用不当，设计不合理和制造工艺及检验技术不完善等等。

由此可见了解金属材料的性质和焊接结构的特点，对防止脆断来说是非常必要的。

通常脆性断裂系指沿一定结晶面劈裂的解理断裂（包括准解理断裂）及晶界（沿晶）断裂。

解理断裂是沿晶内一定结晶学平面分离而形成的断裂，是一种晶内断裂。

金属材料在一定条件下，，例如低温、高应变速率及高应力集中的情况下，当应力达到一定数值时，就会发生解理断裂。

关于解理断裂的产生已经有许多模型，它们大多与位错理论相联系，普遍认为，当材料的塑性形变过程严重受阻，材料不能以形变方式而是以分离来顺应外加应力，从而发生解理裂纹。

金属中的夹杂物、脆性析出物和其他缺陷对解理裂纹的产生亦有重要影响。

解理断裂的宏观端口平整，一般与主应力垂直，没有可以觉察到的塑性变形，断口有金属光泽。

金属材料实际是由取向不同的多晶体组成，因此各晶粒中的解理面（总是沿晶内原子排列密度最大的晶面）不可能在同一平面，故在强光下，断口上可以观察到闪闪发光的颗粒，常称为晶状断口。

应当指出，面心立方晶体很少发生解理断裂，这就是奥氏体钢很少发生脆性断裂的一个原因。

解理断裂裂纹急速扩展，其宏观断口常呈现放射状撕裂棱形，即所谓人字纹花样。

人字纹尖锋指向裂纹源，与人字纹成正交的曲线族，即裂纹的瞬间位置，如图5-4a所示。

解理断口的微观特征形态常出现河流花样、舌状花样、扇形花样等，

a）b）

图5-4解理断裂断口

a）宏观断口一人字铱花样

b）微观断口，河流花样

图5-4b是一典型的河流花样图像。

晶界脆性断裂即是沿晶粒边界发生的分离，是由于某种原因，例如各种析出相、夹杂物和元素偏析，出现第二相粒子，甚至出现脆性薄层，加上环境（如应力腐蚀）、温度（如热损伤等）和力学（如三向应力状态）等外来因素，导致沿晶界的断裂。

晶界脆性断裂的断口宏观形态特征呈颗粒状或粗瓷状，色泽较灰暗（但比较韧性断口要光亮）。

断裂前没有可以觉察到的塑性变形，断口一般与主应力垂直，表面平齐，边缘有剪切唇。

，晶界脆性断裂的断口微观形态特征是明显的多面体，没有明显塑性变形，呈现不同程度的晶粒多面体，外形如岩石状花样或冰糖状花样。

实际金属材料的断裂由于受力状态、材质和介质特点都比较复杂，常常不是单一的机制，如纯塑性断裂或纯解理断裂等等，而是具有多种机制的混合断‘裂，即两种或两种以上断裂机制相继发生的结果。

焊接宽板拉断的断口常常可以在预制裂纹概况看到纤维状塑性起裂断口（又称指甲纹），随后为快速扩展的放射状线条区（脆性断裂区）即人字纹区，断口两侧及端部有剪切唇。

随着条件的变化，如温度降低、材料塑性变差、。

刻槽尖锐等，则剪切唇和纤维指甲纹可能减小甚至消失，人字纹也可能不明显，整个断面呈闪光的结晶状断口，出现几乎完全的解理断裂。

反之则剪切唇可以增大，形成跨越整个断面的45°斜断口，呈现典型的纤维状塑性断裂。

脆性断裂是一种低应力破坏，一些典型脆断事故的实例及产生原因，见表5-2。

表5-2典型脆断事故的实例及产生原因

损坏日期

结构种类、特点及地点

损坏的情况及产生原因

1934年

油罐，美国

在气候骤冷时，罐底与罐壁的温差引起脆性裂纹

1938年～1940年

威廉德式桥，比利时

由于严重应力集中，残余应力高，钢材性能差，气温骤冷，焊接裂纹引起臆断

1942年～1946年

EC2（自由轮）货船、美国建造

设计不当，材料性能差

损坏日期

结构种类、特点及地点

损坏的情况及产生原因

1943年2月

球形氧罐，直径13m，美国纽约

应力集中，残余应力大，钢材臆性大（为镇静钢）

1944年10月

液化天然气圆筒形容器，直径24m，高13m，美国俄亥俄州

为双层容器，内筒采用”Ni=3.5%的镍合金钢制成，由于材料选用不当，有大量裂纹，在-162℃低温下爆炸

1949年～1963年

美国以外建造的商船

钢材选用不当，韧性低

1950年

直径4.57m，水坝内全焊管道美国

由环焊缝不规则焊波向四周扩展的小裂纹引发

1949年—1951年

板梁式钢桥，加拿大魁北克

材料为不合格的沸腾钢，因出现裂纹曾局部修补过

1954年

大型油船“世界协和号”，美国制造

钢材缺口韧性差。

断裂发生在船中部，即纵梁与隔舱板中断的两靖处引发裂纹，然后裂纹从船底沿两侧向上发展，并穿过甲板。

断裂时有大风浪

1962年

Kings桥焊接钢梁，澳大利亚墨尔本

支承钢筋混凝土桥面的四根板腹主粱发生脆裂，裂纹从角焊缝热影响区扩展到母材中

1962年

原子能电站压力容器，法国Chinon

厚lOOmm锰钼钢制成，环焊缝热处理不当导致开裂

1965年12月

合成氨用大型压力容器（内径1.7m，厚149—150mm），美国

在简体与锻件埋弧焊时，锻体偏析（Mn-Cr-Mo-V钢制），在锻件一侧热影响区有裂纹，焊后未进行恰当的消除应力处理

1965年

“海宝”号钻井船椿腿，英国北海．油田

由升降连接杆气割火口裂纹引发臆断，平台整个坍塌

1968年4月

球形容器，日本

壁厚29mm，800MPa级高强钢，补焊时热输入量过大，导致开裂

1974年12月

圆筒形石油贮槽，日太。

用厚12mm的600MPa级钢焊制，在环形板的底角处产生13m长的脆性裂纹，大量石油外流

1979年12月

400m3石油液化气贮罐，中国吉林煤气公司

用厚28mm的Q390（15MnVR）钢焊制，北温带与赤道带的环缝熔合线开裂，迅速扩展至13.5m，液化石油冲出至明火处引起爆炸

从表5-2可知，产生脆断的原因基本上可归纳为三个方面：

1．材料的韧性不足特别在缺口尖端处材料的微观塑性变形能力差。

低应力脆性破坏一般在较低的温度下产生，而随着温度的降低，材料的韧性亦急剧下降。

此外，随着低合金高强度钢的发展，强度指标不断上升，而塑、韧性却有所降低。

脆性断裂在大多数情况下从焊接区开始，所以焊缝及热影响区的韧性不足，往往是造成低应力脆性破坏的主要原因。

2．存在着裂纹等缺骼断裂总是从缺陷处开始的，缺陷以裂纹为最危险。

而焊接则是产生裂纹的主要原因。

虽然随着焊接技术的发展，裂纹基本上可以得到控制，但要完全避免裂纹，还是比较困难的。

3．一定的应力水平不正确的设计和不良的制造工艺是产生焊接残余应力的主要原因。

因此，对于焊接结构来说，除了工作应力外，还必须考虑焊接残余应力和应力集中程度，以及由于装配不良等所带来的附加应力。

三、脆性断裂的主要影响因素

同一种材料在不同条件下可以显示出不同的破坏形式。

最重要的影响因素是温度、应力状态和加载速度。

当温度越低。

加载速度越快，材料中三向应力状态越严重，则产生脆性断裂的倾向越大。

1．应力状态的影响

1）物体在受外载时，不同的截面上产生不同的正应力σ和切应力τ，在主平面上作用有最大正应力σmax，与主平面成45°的平面上作用有最大切应力τmax。

σmax和τmax.及其比τmax／σmax与加载方式有关，例如杆件受单向拉伸时，σmax作用在与载荷方向垂直的截面上；τmax作用在与载荷方向成45°角的截面上，并且τmax=σmax。

当圆棒受扭转时，τmax作用在与中心轴垂直的截面上，而σmax则作用在与中心轴成45°角的截面上，并且τmax=σmax。

当切应力达到屈服点时，产生塑性变形；达到剪断抗力时，产生剪断。

当正应力达到正断抗力

时，产生正断，断口与σmax垂直，如果在σmax未达到正断抗力前，τmax先达到屈服点，则产生塑性变形，形成塑性断裂。

如果在τmax达到屈服点前，σmax首先达到正断抗力则发生脆性断裂，因此断裂的形式与加载形式，亦即应力状态有关。

2）试验证明，当材料处于单轴或双轴拉伸应力下，呈现塑性。

当处于三向拉伸应力下，则不易发生塑性变形，呈现脆性。

在实际结构中，三向拉伸应力可能由三向载荷产生，但更多的情况下是由于几何不连续性引起的。

虽然整个结构处于单轴、双向拉伸应力状态下，但其局部地区由于设计不佳，工艺不当，往往出现形成局部三轴应力状态的缺口效应，见图5-5。

在受力过程中，缺口根部材料的伸长，必然要引起材料沿宽度和厚度方向的收缩。

由于缺口根部出现高值的应力和应变集中，而缺口尖端以外的材料受到的应力较小，它们只能引起较小的横向收缩，又由于横向收缩不均，缺口根部横向收缩受阻，结果产生横向和厚度方向的拉伸应力σx和τx，即在缺口根部产生三轴拉应力，在三轴拉伸时，最大应力就超出单轴拉伸时的屈服应力，形成很高的局部应力，而材料尚不发生屈服，结果降低了材料的塑性，使该处材料变脆。

因此，脆断事故一般都起源于具有严重应力集中效应的缺口处，而在试验中也只有引入这样的缺口才能产生脆性行为。

2．温度的影响如果把一组开有相同缺口的试样在不同温度下进行试验，则随着温度的降低，其破坏方式会发生变化，即从塑性破坏变为脆性破坏。

当温度降到某一临界值时，将出现塑性到脆性断裂的转变，这个温度称之为脆性转变温度。

脆性转变温度高，即脆性倾向严重，带缺口的试样脆性转变温度比光滑试样高，这和上面应力状态影响的结论是一致的，见图5-6。

3．加载速度的影响加载速度对材料破坏的影响已由试验所证实，提高加载速度能促使材料脆性破坏，其作用相当于降低温度。

应当指出，在同样加载速度下，当结构中有缺口时，应变速率可呈现出加倍的不利影响，因为此时有应力集中的影响，应变速率比无缺口高得多，从而大大降低了材料的局部塑性，这就说明了为什么结构钢一旦开始脆性断裂，就很容易产生扩展现象。

当缺口根部小范围发生断裂时，则在新裂纹前端的材料立即突然受到高应力和高应变载荷，也就是一旦缺口根部开裂，就有高的应变速率，而不管其原始加载条件是动载的还是静载的，此时随着裂纹加速扩展，应变速率更急剧增加，致使结构最后破坏。

图5-5缺口根部应力分布示意图

图5-6温度与破坏方式关系示意图

温度

如图5-7．韧-脆转变温度与应变速率的关系

韧-脆转变温度与应变速率的关系如图5-7所示，随着厚度和应变速率的增加，转变温度向高温转移。

4．材料的影响材料对脆性断裂的影响包．括材料厚度、晶粒度和化学成分等方面。

1）厚度的影响，厚板在缺口处容易形成三轴拉应力，因此容易使材料变脆。

曾经把厚度为45mm的钢板，通过加工制成板厚为10mm、20mm、30mm、40mm的试件，研究其不同板厚所造成不同应力状态对脆性破坏的影响，发现在预制40mm长的裂纹和施加应力等于1/2屈服点的条件下，当厚度小于30mm时，发生脆断的脆性转变温度随板厚增加而直线上升；而当板厚超过30mm，脆性转变温度增加得较为缓慢。

2）晶粒度的影响。

对于低碳钢和低合金钢来说，晶粒度对钢的脆性转变温度有很大影响，即晶粒越细，其转变温度越低，铸铁晶粒较粗大，所以呈现脆性断裂。

3）化学成分的影响，钢中的CjN、O、H、S、P等元素会增加钢的脆性；另一些元素如Mn、Ni、Cr、V等，如果加入量适当则有助于减少钢的脆性。

四、脆性断裂的评定方法

结构的抗脆性破坏性能是不能用光滑试件的试验来反映的，而只有具有缺口试件的试验才能反映材料和结构抗脆性破坏的能力。

目前，“常用的脆断评定方法分为两类：

一类是转变温度法，另一类是断裂力学方法。

1．转变温度法由于许多材料的缺口韧性和温度的关系密切，所以常用转变温度作为标准来评定钢材的脆性，韧性行为，即把由某种方法测出的某种转变温度与结构的使用温度联系起来，这种方法称为转变温度法。

转变温度法的基础是建立在试验和使用经验上，不论在实验室里，还是在实际工程中都积累了丰富的数据，而且试验方法比较简单，因此得到了广泛的应用。

冲击试验由于试件小，容易制备，费用低，因此不论作为材料质量控制，还是对事故进行分析研究，在各国都得到普遍采用。

（1）冲击试验是在不同温度下对一系列试件进行试验找出其脆性．韧性与温度之间的关系，目前常用的有V形缺口冲击试验与U形缺口冲击试验两种方法即GB/T2650--1989《焊接接头冲击试验法》。

试验证明，随着温度上升，冲击试验所需的冲击韧度也显著上升，见图5-8，所以可以用它来测定材料的脆性一韧性转变特性。

半镇静低碳钢【’．，（C）O.18%，w（Mn）0.54%，w（Si）0.07%）】

显然，冲击韧度和缺口根部形状有关，用U形缺口冲击试件（缺口根部形状为圆形孔）测得的转变温度比用V形缺口冲击试件测得的低。

由于冲击韧度值在一定温度区间内逐渐变化，所以一般取某一固定冲击能量值，例如20J、41J时的温度作为脆性转变温度，有的标准取对应最大冲击能量一半对应的温度作为脆性转变温度。

对低合金高强度钢，常取冲击韧度值为34.3～51J/cm2时，对应的温度为脆性转变温度值。

比较两种试样，U形试样由于缺口圆钝，脆性转变温度往往不够明显，冲击韧度值随温度的变化比较小；而V形试样的缺口则比较尖锐，所以脆性转变温度要明显得多。

通过大量钢种试验数据的积累和使用经验的汇总，V形缺口冲击韧度试验能满意地反映钢材的断裂性能。

缺口冲击韧度试验的不足，、在于冲击韧度值和在使用条件下的抗脆性破坏能力之间虽有一定的关系，但具体数值的意义只有通过与使用中的产品冲击韧度相比较才能作出评定。

此外，缺口冲击韧度还无法考虑下述因素：

如材料的厚度、裂纹的尺寸、形状和位置、由于缺口和裂纹所引起的局部脆化，而这些因素都可能影响材料冲击韧度和脆性转变温度。

（2）爆炸膨胀试验是用厚度为355mm×355mm的正方形钢板作试件，在试件中央堆焊一小段脆性焊道，并锯一缺口作为起裂点，然后将其安置在环形支座上，从上方用炸药包施加爆炸压力，见图5-9。

同一种材料在不同温度下，可以出现四种不同情况。

图5-9爆炸膨胀试验

1—环形支座2--试件（方形）．

3--爆炸点4--脆性焊道5--砧座

1）平裂情况，钢板没有产生凹陷变形而断裂，这说明断裂完全是脆性的。

2）凹裂情况，即钢板产生一定的凹陷而裂开，裂纹直贯板的边缘，这种破坏情况带有一定的塑性，但基本上还是脆性的。

3）凹陷和局部断裂情况，钢板有明显的凹陷，但仅在裂口周围有少量破裂，而裂纹没有超越塑性变形区，这种情况说明材料具有较大的韧性。

4）膨胀撕裂情况，钢板发生较大的膨胀，裂口是被撕开的，这表明完全是塑性破坏的情况。

在1）和2）之间存在着一个临界温度，低于它材料发生平裂，高于它发生凹裂，此温度称为无延性转变温度，简称NDT。

它表明当温度低于NDT时，材料断裂没有延性，断裂是脆性的。

在2）和3）之间存在着一个弹性断裂转变温度，简称FTE。

在这个温度以下，裂纹能够向低应力区扩展；高于这个温度，裂纹只能在应力达到屈服点范围内扩展，而不向低应力区扩展。

在3）和4）之间存在着一个延性断裂转变温度，简称FTP。

在此温度之上，断裂完全是塑性撕裂的。

通过大量试验得出一个经验公式，即对于25mm的低强度钢板，如果通过试验得到无延性转变温度NDT，则FTE,FTP可按下式算出：

FTE=NDT+33℃

FTP=FTE+33℃=NDT+66℃

（3）落锤试验是动载简支梁弯曲试验，见图5-10。

试验时先在试件（标准试件有三种尺寸：

P1型为25mm×90mm×360ram，P2型为19ram×51mm×127mm，P3型为16mm×51mm×127mm）受拉伸的表面中心，平行长边方向堆焊一段长约64mm、宽约13mm的脆性焊道，对于厚度超过标准试件的构件，只从一面机加工至标准厚度，未加工表面作为受拉表面。

然后在焊道中央垂直焊缝锯开一人工缺口，把试件缺口朝下放在砧座上，砧座两支点中部有限制试件在加载时，产生挠度的止挠块，在不同温度下用锤头（是一个具有半径为25mm圆柱面的钢制重锤）冲击。

试件断裂的最高温度为无延性转变NDT。

图5-10落锤试验示意图

1—止挠块2—砧座3一锤头4—脆性焊道5—试件6—支座

落锤试验的最大优点是试验条件比较符合焊接结构的实际情况，且方法简便，设备简单，国内已大量采用这种方法进行试验。

（4）静载试验试验在万能试验机上进行。

试样类似缺口冲击试样，加载方向同冲击试验相似，只是将冲击加载变成缓慢加载。

试件放在冷却槽中，试验机记录了载荷一挠度图，见图5-11。

若曲线形状为图5-11a所示的类型，表明起源于缺口附近的断裂发生后，材料的抗裂纹扩展能力良好。

若曲线形状如图5-11b所示的那种类型，出现载荷的陡降段，则表明发生裂纹的脆性扩展。

造船业中以曲线的陡降段未超过最大载荷的1/3为合格。

我国曾将这种方法用于低温钢脆断的评定上。

2．断裂力学方法由于构件在加工、制造、安装和使用过程中不可避免地会产生缺陷，并且许多缺陷应用现代技术尚不能准确地、经济地检验出来。

而许多缺陷的修复既昂贵又危险。

因此，只有承认裂纹的存在，研究裂纹扩展的条件和规律才能更有效地防止脆断事故。

断裂力学就是从构件中存在宏观裂纹这一点出发，利用线弹性力学和弹塑性力学的分析方法，对构件中的裂纹问题进行理论分析和试验研究的一门学科。

图5-11载荷（F）一挠度（，）曲线

值，合格

值，不合格

断裂力学提出了一些新的力学指标，如KIC、δC、JIC，用它们作为安全设计的依据；例如，K因子即应力强度因子，它是反映线弹性体裂纹尖端应力场强度的力学参量。

对于拉伸加载的应力强度因子．K1=Yσ

（其中Y为裂纹修正系数，如无限大板的穿透裂纹Y=l，内部圆裂纹y=4/π2等），它反映了应力强度因子K与应力σ和裂纹半长a的关系。

当裂纹开始进入临界状态，即开始不稳定的扩展时，此时的应力强度因子就应该用其临界值KIC来表示。

临界值的应力强度因子KIC是工程材料韵一种新的特性，通常称作平面应变断裂韧度，每一种工程材料断裂韧度的具体数值可通过试验方法来测定。

应力强度因子和断裂韧度的关系相当于应力和屈服点δs或抗拉强度δb的关系。

有了应力强度因子KI，尤如在材料力学中找到了危险点的工作应力，而有了断裂韧度就如测出了材料的强度δs和δb一样。

在材料力学中，应力是由外载造成的，而屈服点是材料的特性，当应力达到屈服点时，材料就失效。

在断裂力学中，KI是由外载和裂纹几何形状所决定的，而KIC也是材料的特性，当KI值达到KIC值时，材料断裂。

显然材料断裂的条件是KI=KIC。

应当指出，断裂韧度不是一个材料的绝对常数，它随一些因素如温度、加载速度等而变化，从这一点上看它也和屈服点的性质差不多。

应力强度因子是建立在线弹性断裂力学的基础上的，对于解决高强度钢和超高强度钢的断裂问题是很有成效的。

而对于中低强度钢由于裂纹尖端总是存在着或大或小的塑性区，当小范围屈服时，经过修正，线弹性断裂力学的分析方法和结论尚可应用，但当大范围屈服时，线弹性断裂力学的分析方法和结论就不适用了。

对于中低强度钢将以弹塑性断裂力学为基础，以临界裂纹张开位移COD（δc）值和JIC积分的临界值JIC（延性断裂韧度）作为断裂判据。

总之，通过断裂力学的分析，把构件内部的裂纹大小和构件工作应力以及材料抵抗断裂的能力即断裂韧度定量地联系起来，从而可对含裂纹构件的安全性和寿命给出定量或半定量的估算，这就为工程构件的安全设计、制定合理的验收标准和选材原则提供了新的理论基础。

KIC、δC、和JIC这些力学参量均可通过试验方法予以确定。

目前国内外已颁布了若干相应的测试标准。

我国相关的标准有GB/T4161—1984《金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方法》；GB/T2358—1994《金属材料裂纹尖端张开位移试验方法》；GB/T2038—1991《JR金属材料延性断裂韧度JIC试验方法》。

五、焊接结构的特点及其对脆断的影响

20世纪20年代以前，大型金属结构，例如船舶、桥梁、贮罐等都采用铆接结构。

虽然也发生过脆性破坏事故。

但为数不多，损失也较少。

自从焊接结构广泛应用以来，脆断事故大大增加，损失严重。

这主要是因为结构自身具有刚度大和整体性强的特点。

1．刚度大焊接为刚性连接，连接的构件不易产生相对位移。

而铆接结构接头具有一定相对位移的可能性，而使其刚性相对降低，从而减少应力。

在焊接结构中，由于在设计时没有考虑这个因素，