9.1 簡介 9.2 破壞之基礎 9.3 延性破壞 9.4 脆性破壞 9.5 破壞力學原理 9.6 陶瓷的脆性破壞

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1 9.1 簡介 9.2 破壞之基礎 9.3 延性破壞 9.4 脆性破壞 9.5 破壞力學原理 9.6 陶瓷的脆性破壞
第 9 章 材料的破壞 9.1 簡介 9.2 破壞之基礎　 9.3 延性破壞　 9.4 脆性破壞 9.5 破壞力學原理 9.6 陶瓷的脆性破壞 9.7 高分子的破壞 9.8 衝擊破壞試驗 9.9 循環應力(疲勞破壞) 9.10 S – N 曲線 9.11 高分子材料的疲勞 9.12 裂紋起始與成長 P.01

2 第 9 章 材料的破壞 9.13 影響疲勞壽命的 因素 9.14 環境的影響 9.15 廣義的潛變行為 9.16 應力和溫度的影響
第 9 章 材料的破壞 9.13 影響疲勞壽命的 因素 9.14 環境的影響　 9.15 廣義的潛變行為　 9.16 應力和溫度的影響 9.17 數據外推法 9.18 高溫用合金 9.19 陶瓷和高分子材料的 潛變 P.02

3 學習目標 描述延性和脆性破壞模式的裂紋成長機構。 解釋為何脆性材料的強度比理論計算值低得多。
利用 (a) 簡單的敘述及 (b) 方程式，定義破壞韌性及定義方程式中的所有參數。 簡單解釋為何相同的陶瓷材料和試片，其破壞強度值通常分散不均。 簡單描述龜裂現象。 說出並描述兩種衝擊破壞試驗的名稱和方法。 定義疲勞，並說明疲勞發生的條件。 P.03

4 從某材料的疲勞圖決定 (a)（在某一特定應力大小下的）疲勞壽命，(b)（在某一特定循環次數下的）疲勞強度。
定義潛變，並說明潛變發生的條件。 從某材料的潛變圖決定 (a) 穩態潛變速率，和 (b) 破斷壽命。 P.04

5 9.2 破壞之基礎 簡單破壞是指一個物體在低溫下（相對於熔點），受到施加靜態應力（即應力為常數或隨時間緩慢改變），分裂為兩個或更多的碎片。
對工程材料而言，依據材料發生塑性變形的能力將其分類，有兩種可能的破壞模式：延性（ductile）和脆性（brittle）。延性材料在破壞之前通常出現高能量吸收的大量塑性變形，而脆性材料的破壞幾乎沒有塑性變形，只有低能量吸收。 P.06

6 9.3 延性破壞 破斷面上大量的塑性變形，就是延性破壞的證據。受到拉伸時，高度延性金屬破斷面會頸縮至一點；杯錐形破壞面則屬於中等延性。
延性材料的裂紋是穩定的（沒有增加外在應力即不會生長），由於不是突然及災難性的破壞，所以這種破壞模式較能接受。 P.07

7 9.4 脆性破壞 脆性破壞藉著快速的裂紋生長，在幾乎沒有變形的情況下就發生了。裂紋的運動方向幾乎是垂直於施加的拉伸應力，產生出一個相當平坦的破斷面。 斷面上可見山形紋和脊線紋路，這些紋路也指出裂紋生長的方向。 P.11

8 9.8 衝擊破壞試驗 衝擊試驗方法 Impact Testing Techniques
衝擊試驗所選擇的條件常是可能發生破壞的最嚴重狀況，那就是 (1) 在相對低溫下變形，(2) 高應變速率（即變形速率），和 (3) 三軸應力狀態（可藉著凹痕的存在辦到）。 衝擊試驗方法 Impact Testing Techniques 有兩種標準試驗法 ，夏比氏（Charpy）和艾氏法（Izod），至今仍被用來測量衝擊能（impact energy），有時稱為凹痕韌性（notch toughness）。 P.17

9 9.9 循環應力 疲勞（Fatigue）是結構體承受動態及變動應力後的一種破壞型態，在此情況下，材料可能低於降伏強度的應力下發生破壞。
施加應力在本質上可能是軸向的（拉伸－壓縮）、折彎的（彎曲）或是扭力的（扭轉）。 一般來說，有三種可能的不同變動應力－時間模式。第一種形式為隨時間有規則和正弦波型；第二種形式，為重覆應力循環（repeated stress cycle）；第三種形式，應力大小和頻率不規則地變動。 P.25

10 9.10 S－N 曲線 疲勞是施加應力隨時間變動而產生的一種常見突然破壞形式。試驗數據常繪成應力與發生破壞所需循環數的對數關係圖。
對許多金屬和合金而言，隨著破壞循環次數的增加，應力不斷地減小，疲勞強度（fatigue strength）和疲勞壽命（fatigue life；Nf）用來表示這些材料的疲勞性質。 另一方面，對於其它金屬和合金，在某一個點之後，其應力不再下降，而變成與循環次數無關，這一類材料則以疲勞限（fatigue limit）來表示其疲勞性質。 P.29

11 9.13 影響疲勞壽命的因素 影響疲勞壽命的因素： (1) 平均應力 (2) 表面作用 可用來延長疲勞壽命的方法有：
(1) 減低平均應力大小， (2) 消除尖銳的表面中斷， (3) 以拋光改進表面狀況， (4) 以珠擊法在表面造成殘留壓應力， (5) 以滲碳或氮化進行表面硬化。 P.32

12 9.15 廣義的潛變行為 材料在溫度 0.4Tm 以上承受一固定負荷（或應力）而產生隨時間改變的塑性變形，稱為潛變。一條典型的潛變曲線（應變對時間）通常分為三個不同的區段：過渡潛變（或第一期）、穩態潛變（或第二期）和第三期潛變。曲線上可獲得重要的設計參數，包括穩態潛變率和破斷壽命。 P.35

13 9.18 高溫用合金 影響金屬潛變特性的因素有許多種，包括熔點、彈性模數和晶粒大小。一般來說，凡是熔點愈高、彈性模數愈大及晶粒愈大的材料，其抗潛變能力就愈好。 不鏽鋼和超合金特別能夠抵抗潛變，也常應用於高溫下。 P.39

14 第9章結論 應了解延性破壞與脆性破壞的特徵有何不同。 衝擊試驗的試驗方法有哪兩種？
何謂延性與脆性轉換？哪一種結構的材質會有明顯的延性與脆性轉換？ 何謂疲勞破壞？ 影響疲勞破壞的因素有哪些？如何延長疲勞壽命的因素有哪些？ 何謂潛變現象？ 謝謝大家的專心！！ P.40