第四章材料的断裂韧性课件

第四章

材料的断裂韧性1第四章

材料的断裂韧性1本章内容本章将以断裂力学的基本原理为基础，介绍材料断裂韧度的意义、影响因素及应用。

主要内容:1)线弹性条件下的断裂韧性；2)弹塑性条件下的断裂韧性；3)影响材料断裂韧度的因素；4)断裂韧度在工程中的应用.2本章内容本章将以断裂力学的基本原理为基础，介绍材重点：了解概念

Griffith断裂理论、断裂韧度、低应力脆断、应力场强因子、J积分、断裂韧度的几个判据（K、G、J和COD判据）、断裂韧度影响因素。难点：裂纹尖端的应力场及应力场强因子KI3重点：了解概念难点：3前言2009年8月28日一艘巴拿马油轮在埃及苏伊士港断裂为两段传统的强度理论：材料为连续、均匀的、各向同性的受载体，断裂是瞬时发生的。断裂的准则是σmax≤σs/n，n>14前言2009年8月28日传统的强度理论：材料为连续、低应力脆断低应力脆断：工程材料和构件，特别是高强度钢、超高强度钢的机件，中、低强度钢的大型机件在工作应力远低于屈服极限的情况下发生脆性断裂的现象。为什么？如何防止？断裂力学5低应力脆断低应力脆断：工程材料和构件，特别是高强度钢、超高断裂力学的研究内容包括:裂纹尖端的应力、应变和应变能的分析；提出描述裂纹体应力场强的力学参量及计算方法；建立新的断裂判据；研究断裂机制和提高材料断裂韧性的途径等。6断裂力学的研究内容包括:6韧度韧度：衡量材料韧性大小的力学性能指标，可分为静力韧度、冲击韧度、断裂韧度韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力(1)静力韧度()

(2)冲击韧度或冲击值αKU(αKV):

7韧度韧度：衡量材料韧性大小的力学性能指标，可分为静金属材料理论断裂强度实际强度仅为σm的1/10~1/10008金属材料理论断裂强度实际强度仅为8高分子材料理论断裂强度实际上高分子材料的强度仅为几个到几十个MPa9高分子材料理论断裂强度实际上高分子材料的91921年Griffith为了解释玻璃的理论强度与实际强度的巨大差异，提出了微裂纹理论，后来逐渐成为脆性断裂的主要理论基础。1．理论的提出Griffith认为实际材料中总是存在许多细小的微裂纹或缺陷，在外力作用下产生应力集中现象，当应力达到一定程度时，裂纹开始扩展,导致断裂。Griffith断裂理论101921年Griffith为了解释玻璃的理论强度Griffith断裂理论11Griffith断裂理论11Griffith公式Griffith裂纹12Griffith公式Griffith裂纹12奥罗万（E.Orowan)修正裂纹尖端由于应力集中，局部区域发生塑性变形，消耗塑性功γp13奥罗万（E.Orowan)修正裂纹尖端由于应力集中，局部区域陶瓷：E=3×1011Pa，γ=1J/m2，裂纹长度a=1μm则σ=4×108Pa高强度钢：陶瓷材料在微观尺度裂纹时便会发生低应力断裂；金属材料在宏观尺度裂纹时才发生低应力断裂14陶瓷：E=3×1011Pa，γ=1J/m2，高强度钢：陶4.1线弹性条件下的断裂韧性线弹性断裂力学认为在脆性断裂过程中，裂纹体各部分的应力和应变处于线弹性阶段，只有裂纹尖端极小区域处于塑性变形阶段.两种方法：应力应变分析方法，研究裂纹尖端附近的应力应变场，提出应力场强度因子及对应的断裂韧度和K判据

能量分析方法，研究裂纹扩展时系统能量的变化，提出能量释放率及对应的断裂韧度和G判据

154.1线弹性条件下的断裂韧性线弹性断裂力学认为在脆一、裂纹扩展的基本方式1.张开型（I型）裂纹扩展正应力垂直于裂纹面扩展方向与正应力垂直16一、裂纹扩展的基本方式1.张开型（I型）裂纹扩展正应力垂直2.滑开型（II型）裂纹扩展剪切应力平行于裂纹面，裂纹滑开扩展172.滑开型（II型）裂纹扩展剪切应力平行于裂纹面，裂纹滑开3.撕开型（III型）裂纹扩展切应力平行于裂纹面，裂纹沿裂纹面撕开扩展183.撕开型（III型）裂纹扩展切应力平行于裂纹面，裂纹沿裂设有一承受均匀拉应力σ的无限大板，中心含有长为2a的I型穿透裂纹。二、裂纹尖端的应力场及应力场强度因子KⅠ19设有一承受均匀拉应力σ的无限大板，中心含有长为2a的I型穿透应力分量：20应力分量：20平面应力与平面应变状态平面应力21平面应力与平面应变状态平面应力21平面应变22平面应变22平面应力与平面应变状态区别Z轴方向上的应力σz或应变εz是否为零区分标准平面应力平面应变应力σz=0应变εz=023平面应力与平面应变状态区别Z轴方向上的应力σz或应变εz是否平面应变状态应变分量为：24平面应变状态应变分量为：24平面应变状态位移分量为：25平面应变状态位移分量为：25裂纹尖端任意一点的应力、应变和位移分量取决于该点的坐标(r，θ)、材料的弹性模数以及参量KI

应力强度因子KI应力强度因子KⅠ反映了裂纹尖端区域应力场的强度。26裂纹尖端任意一点的应力、应变和位移分量取决于该点的坐标(r，若裂纹体的材料一定，且裂纹尖端附近某一点的位置(r，θ)给定，则该点的各应力、应变和位移分量唯一决定于KI值KI值愈大，则该点各应力、应变和位移分量之值愈高KI综合反映了外加应力和裂纹位置、长度对裂纹尖端应力场强度的影响，其一般表达式为27若裂纹体的材料一定，且裂纹尖端附近某一点的位置(r，θ)给定a一定时，存在临界的应力值σc，只有σ>σc．裂纹才能扩展，造成破断σ一定时，存在临界的裂纹深度ac，当a<ac时，裂纹是稳定的a越大，σc愈低a一定时，KI值越大，σc越大，表示使裂纹扩展的断裂应力越大。三、断裂韧度KⅠc和断裂K判据28a一定时，存在临界的应力值σc，只有σ>σc．裂纹才能扩展当σ和a单独或同时增大时，KI和裂纹尖端的各应力分量也随之增大。当σ=σc或a=ac时，也就是在裂纹尖端足够大的范围内，应力达到材料的断裂强度，裂纹便失稳扩展而导致材料的断裂，这时KI也达到了一个临界值，记为KIC或KC,称为断裂韧度，表示材料抵抗断裂的能力。

断裂韧度KIC：平面应变断裂韧度Kc：平面应力断裂韧度29当σ和a单独或同时增大时，KI和裂纹尖端的各应力分量也KI是一个力学参量，表示裂纹中裂纹尖端的应力应变场强度的大小，它决定于外加应力、试样尺寸和裂纹类型，而和材料无关。KIC是一个是材料的力学性能指标，它决定于材料的成分、组织结构等内在因素，而与外加应力以及试样尺寸等外在因素无关，为平面应变断裂韧度。

根据应力场强度因子KI和断裂韧度KIC的相对大小，可以建立裂纹失稳扩展脆断K判据：KI≥KIC

KIC和KI的区别30KI是一个力学参量，表示裂纹中裂纹尖端的应力应变场强度的大小四、裂纹尖端塑性区及KⅠ的修正1.裂纹尖端塑性区：实际金属，当裂纹尖端附近的σ≥σs→塑性变形→改变裂纹尖端应力分布。

屈服判据31四、裂纹尖端塑性区及KⅠ的修正1.裂纹尖端塑性区：屈服判据32.塑性区的边界方程：平面应力平面应变322.塑性区的边界方程：平面应力平面应变323.在x轴上，θ＝0，塑性区的宽度r0为：平面应力平面应变333.在x轴上，θ＝0，塑性区的宽度r0为：平面应力平面应变34、修正后塑性区的宽度R0为：平面应力平面应变可见：考虑应力松弛后，塑性区的尺寸扩大了1倍。应力松弛的影响下,平面应变塑性区宽度R0也是原r0的两倍344、修正后塑性区的宽度R0为：平面应力平面应变可见：考虑应力平面应变状态是理论上的抽象。厚板件:表面处于平面应力状态,心部是平面应变状态。35平面应变状态是理论上的抽象。厚板件:表面处355、修正后的KI值平面应力平面应变当应力σ增大时，裂纹尖端的塑性区也增大，影响就越大，其修正就必要，通常情况下，当σ/σS≥0.6-0.7时，就需要修正。365、修正后的KI值平面应力平面应变当应力σ增大时，裂纹尖端的五、裂纹扩展能量释放率GⅠ驱使裂纹扩展的动力是弹性能的释放率：GI即为最早的断裂力学参量，称为裂纹扩展的能量释放率。平面应力平面应变37五、裂纹扩展能量释放率GⅠ驱使裂纹扩展的动力是弹性能的释放率六、断裂韧度GⅠc和断裂G判据根据GI和GIC的相对大小，也可建立裂纹失稳扩展的力学条件，即断裂G判据：GI≥GIC尽管GI和KI的表达式不同，但它们都是应力和裂纹尺寸的复合力学参量，都决定于应力和裂纹尺寸，具有穿透裂纹的无限大板：KI不仅可以度量裂纹尖端的应力场强度，而且可以度量裂纹扩展时系统势能的释放率。38六、断裂韧度GⅠc和断裂G判据根据GI和GIC的相对大小，§4.2弹塑性条件下的断裂韧性高强度钢的塑性区尺寸很小，相对屈服范围也很小,可以用线弹性断裂力学解决问题。中、低强度钢塑性区较大，相对屈服范围较大,线弹性断裂力学已不适用，从而要求发展弹塑性断裂力学来解决其断裂问题。目前常用的方法有J积分法和COD法。J积分法是由GI延伸出来的一种断裂能量判据;COD法是由KI延伸出来的一种断裂应变判据。39§4.2弹塑性条件下的断裂韧性高强度钢的塑性区尺寸很小，相一、J积分的概念设有一单位厚度的I型裂纹体，逆时针取一回路Γ，其所包围体积内的应变能密度为ω，Γ上任一点的作用力为T。

在弹性状态下，所包围体积的系统势能U等于弹性应变能Ue与外力功W之差。因为厚度B＝1，故GI由下式决定：

40一、J积分的概念设有一单位厚度的I型裂纹体，逆时针取一回路总应变能：在整个外围边界上外力所做的功：线弹性条件下的能量线积分的表达式41总应变能：在整个外围边界上外力所做的功：线弹性条件下的能量在弹塑性条件下，如果将弹性应变能密度改成弹塑性应变能密度，也存在相似的能量线积分，Rice将其定义为J积分：JI为I型裂纹的能量线积分

42在弹塑性条件下，如果将弹性应变能密度改成弹塑性应变能密度，也线弹性条件下，JI=GI在小应变条件下，J积分和路径无关，即J的守恒性。将路径取得很小，小到仅包围裂纹尖端时，积分回路因裂纹表面T=0，则J积分反映了裂纹尖端区的应变能，即应力应变的集中程度。

43线弹性条件下，JI=GIJ积分反映了裂纹尖端区的应变能，43二、J积分的能量率表达式1、线弹性条件下，2、弹塑性条件下，J积分的能量表达式J积分的形变功差率44二、J积分的能量率表达式1、线弹性条件下，2、塑性变形是不可逆的，因此求J值必须单调加载，不能有卸载现象。弹塑性条件下，注意几点不能像GI那样理解为裂纹扩展时系统势能的释放率，应当理解为形变功差率J积分不能处理裂纹的连续扩展问题，其临界值只是开裂点，不一定是失稳断裂点。

45塑性变形是不可逆的，因此求J值必须单调加载，不能有卸载现象。三、断裂韧度JⅠc及断裂J判据1、断裂韧度JⅠc：平面应变条件下，应力应变场的能量，达到使裂纹开始扩展的临界状态时，JⅠ积分值也达到相应的临界值JⅠc。

JIC表示材料抵抗裂纹开始扩展的能力

只要满足上式，裂纹就会开裂。

2、断裂J判据：JⅠ≥JⅠc46三、断裂韧度JⅠc及断裂J判据1、断裂韧度JⅠc：只要满足上实际生产中很少用J积分判据计算裂纹体的承载能力：

各种实用的J积分数学表达式并不清楚，即使知道材料的JIC值，也无法用来计算中、低强度钢的断裂机件大多是韧性断裂，裂纹往往有较长的亚稳扩展阶段，JIC对应的点只是开裂点

实用意义：用小试样测出JIC，以代替大试样的KIC，再按K判据去解决中、低强度钢大型件的断裂问题47实际生产中很少用J积分判据计算裂纹体的承载能力：各种实用的四、裂纹尖端张开位移(COD)的概念1、断裂应变判据的实践基础：(1)对于中、低强度钢构件，低应力脆断：断口具有90％以上的结晶状特征；而制取的小试样，发生纤维状的韧断。(2)构件承受多向应力，使裂纹尖端的塑性变形受到约束，当应变量达到某一临界值，材料就发生断裂。48四、裂纹尖端张开位移(COD)的概念1、断裂应变判据的实践基裂纹尖端的张开位移COD(crackopeningdisplacement)来间接表示应变量的大小，用临界张开位移δc来表征材料的断裂韧度。

裂纹尖端张开位移，是裂纹体受载后，在裂纹尖端沿垂直裂纹方向所产生的位移，用δ表示

对于I型穿透裂纹

49裂纹尖端的张开位移COD(crackopeningdisδ可看作一种裂纹扩展的动力。临界值δ

c也称为材料的断裂韧度，表示材料阻止裂纹开始扩展的能力

根据δ和δc的相对大小的关系，可以建立断裂判据：δ≥δCδ判据和J判据一样，都是裂纹开始扩展的断裂判据，而不是裂纹失稳扩展的断裂判据50δ可看作一种裂纹扩展的动力。临界值δc也称为材料的断裂韧度五、弹塑性条件下的COD表达式带状屈服模型(或称DM模型)AB两点的张开位移为:在临界条件下，断裂韧度:51五、弹塑性条件下的COD表达式带状屈服模型(或称DM模型)A各种断裂韧度关系：1.在平面应力条件下，δc和其他断裂韧度的关系为:

2.在平面应变条件下，由于裂纹尖端材料的硬化作用，以及尖端存在一定的三向应力状态，应对上式修正，修正式为:

1≤n≤1.5～2.0，完全平面应力状态n＝1，完全平面应变状态n＝252各种断裂韧度关系：1.在平面应力条件下，δc和其他断裂韧度的§4.3影响材料断裂韧度的因素一、化学成分、组织结构对断裂韧度的影响1．化学成分的影响

金属材料

b．强烈固溶强化的合金元素：降低塑性而使断裂韧度降低a．细化晶粒的合金元素：断裂韧度提高；c．形成金属间化合物并呈第二相析出的合金元素：降低塑性有利于裂纹扩展而使断裂韧度降低

陶瓷材料，提高材料强度的组元，都将提高断裂韧度

高分子材料，增强结合键的元素都将提高断裂韧度

53§4.3影响材料断裂韧度的因素一、化学成分、组织结构对断2．基体相结构和晶粒尺寸的影响基体相晶体结构易于发生塑性变形，产生韧性断裂，材料的断裂韧度就高。

陶瓷材料，可以通过改变晶体类型，调整断裂韧度的高低。

细化晶粒既可以提高强度，又可以提高塑性，断裂韧度也可以得到提高。

542．基体相结构和晶粒尺寸的影响基体相晶体结构易于发生塑性变3．夹杂和第二相的影响金属材料非金属夹杂物往往使断裂韧度降低脆性第二相随着体积分数的增加，断裂韧度降低韧性第二相当其形态和数量适当时，可以提高材料的断裂韧度

利用适当的第二相提高其断裂韧度

陶瓷材料和复合材料553．夹杂和第二相的影响金属材料非金属夹杂物往往使断裂韧度4．显微组织的影响相同强度条件下，断裂韧度的大小

１）在低碳钢中，回火马氏体≥贝氏体

２）在高碳钢中，上贝氏体≤回火马氏体≤下贝氏体

回火马氏体呈板条状，主要是位错亚结构，具有较高的强度和塑性，裂纹扩展阻力较大，呈韧性断裂，因而断裂韧度较高

针状马氏体主要是孪晶亚结构，硬度高而脆性大，裂纹扩展阻力小，呈准解理或解理断裂，因而断裂韧度较低

564．显微组织的影响相同强度条件下，断裂韧度的大小１）在低二、特殊改性处理对断裂韧度的影响1．亚温淬火

通过获得不同形态和数量的未溶铁索体+马氏体的复相组织，由于晶粒的细化、相界面积的增加、单位面积杂质浓度的降低、铁素体对裂纹尖端应力集中的松弛作用、裂纹沿相界面扩展途径的延长等，使得强度和韧性得到提高。

57二、特殊改性处理对断裂韧度的影响1．亚温淬火通过2．超高温淬火

中碳合金结构钢：采用超高温淬火，虽然奥氏体晶粒显著粗化，塑性和冲击吸收功降低，但断裂韧度提高．

马氏体形态由孪晶型变为位错型，使断裂机理由准解理变为微孔聚集型；在马氏体板条束间存在10～20nm的残余奥氏体薄膜，且很稳定，可阻止裂纹扩展；碳化物及夹杂物能溶人奥氏体，减少了微裂纹形成源KIC提高的原因：582．超高温淬火中碳合金结构钢：采用超高温淬火，虽然奥氏体晶3．形变热处理

高温形变热处理由于动态再结晶，可以细化奥氏体晶粒，因而细化了淬火后的马氏体，使强度和韧性都提高。

低温形变热处理除了细化奥氏体晶粒外，还可增加位错密度，促进合金碳化物弥散沉淀，降低奥氏体含碳量和增加细小板条马氏体的数量，因而提高强度和韧性。

593．形变热处理高温形变热处理由于动态再结晶，可以细化奥氏体三、外界因素对断裂韧度的影响1．对于大多数材料，温度的降低通常会降低断裂韧度

2．应变速率对断裂韧度的影响类似于温度。增加应变速率相当于降低温度，也可使KIC下降。

60三、外界因素对断裂韧度的影响1．对于大多数材料，温度的降低四、断裂韧度测试方法

三点弯曲法61四、断裂韧度测试方法三点弯曲法61五、断裂韧度与强度、塑性和冲击韧度的关系

1．韧断模型在弹性区中一直到韧带的边沿，应变的分布用线弹性理论给出

62五、断裂韧度与强度、塑性和冲击韧度的关系1．韧断模型在弹性Hahn和Rosenfield根据对裂纹尖端塑性区的金相观察和对实验数据的分析，提出了下列公式：

Schwalbe根据对A1-Zn-Mg-Cu合金断裂韧度的分析推导出

63Hahn和Rosenfield根据对裂纹尖端塑性区的金相观察2．脆性断裂模型Tetelman等通过对脆性断裂的实验分析认为，当裂纹尖端某一特征距离内的应力达到材料解理断裂强度时，裂纹就失稳扩展，产生脆性断裂。如取特征距离为晶粒直径的2倍，则由此导出KIC与材料的强度性能及裂纹尖端曲率半径之间的关系为:642．脆性断裂模型Tetelman等通过对脆性断裂的实验分析认五、高分子材料的强化与韧化1.高分子材料强度的温度依赖性65五、高分子材料的强化与韧化1.高分子材652、高分子材料的强化原理1）.引入极性基2）.链段交联3）.结晶和取向4）.定向聚合5）.填料增强662、高分子材料的强化原理1）.引入极性基661）.引入极性基a.增加高分子极性或产生氢键尼龙610，60MPa尼龙66，80MPab.引入芳杂环聚间苯二酰间苯二胺80~120MPa671）.引入极性基a.增加高分子极性或产生氢键尼龙610，62）.链段交联适度交联强度增加；过度交联将使材料变脆弱橡胶的拉伸强度与交联剂用量的关系682）.链段交联适度交联强度增加；橡胶的拉伸强度与交联剂用量3）.结晶度和取向提高结晶度，材料强度提高加入成核剂，生成微晶能使材料的强度和韧性得到提高取向使力学性能产生各向异性，在取向方向得到增强4）.定向聚合提高高分子材料的结构均一性693）.结晶度和取向提高结晶度，材料强度提高加入成核剂，生成5）.填料增强粒子（Powder）纤维Fiber液晶LiquidCrystal改性的基本思想是用填充、混合、复合等方法，将增强材料加入到聚合物基体中，提高材料的力学强度或其它性能。705）.填料增强粒子（Powder）改性的基本思想是用填（1）、粒子增强按性能可分为活性粒子和惰性粒子两类a.活性粒子增强橡胶+碳黑增强机理71（1）、粒子增强按性能可分为活性粒子和惰性粒子两类a.活性b.惰性粒子增强粉状填料经硬脂酸处理填充HDPE的SEM图上图：硬脂酸用量0.9%下图：1.5%惰性粒子，需要经过化学改性赋予粒子表面一定的活性，才具有增强作用。72b.惰性粒子增强粉状填料经硬脂酸处理填充HDPE的SEM图惰（2）、纤维增强常用的纤维材料玻璃纤维碳纤维硼纤维天然纤维基体材料热固性树脂热塑性树脂橡胶类材料73（2）、纤维增强常用的纤维材料玻璃纤维碳纤维硼纤维天然纤维基玻璃钢船玻璃纤维+聚酯增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷碳纤维74玻璃钢船增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷碳纤维74纤维增强的机理例：尼龙+玻纤/碳纤维/晶须/硼纤维增强效果与纤维的长度、纤维与聚合物之间的界面粘结力有关75纤维增强的机理例：尼龙+玻纤/碳纤维/晶须/硼纤维75玻璃纤维增强PP树脂，纤维表面未经处理纤维含量：30%（w）玻璃纤维增强PP树脂，纤维表面经偶联处理纤维含量：30%（w）76玻璃纤维增强PP树脂，纤维表面未经处理玻璃纤维增强PP树脂，（3）液晶原位增强增强机理：热致液晶中的液晶棒状分子在共混物中形成微纤结构而到增强作用。由于微纤结构是加工过程中由液晶棒状分子在共混无物基体中就地形成的，故称做“原位”复合增强。热致液晶+热塑性聚合物77（3）液晶原位增强增强机理：热致液晶中的液晶棒状分子在共混物二、高分子材料的韧化1.影响高分子材料韧性的因素（1）分子链结构：柔性、刚性（2）分子量（3）结晶和取向（4）共聚与共混（5）温度和冲击速率热钝化效应78二、高分子材料的韧化1.影响高分子材料韧性的因素（1）分子2、高分子材料的增韧(1)增塑剂与冲击韧性添加增塑剂使分子间作用力减小，链段以至大分子易于运动，则使得高分子材料的冲击韧性提高。但某些增塑剂在添加量较少时，有反增塑作用，反使冲击韧性下降792、高分子材料的增韧(1)增塑剂与冲击韧性添加增塑剂使分子(2)弹性体增韧塑料a.“细胞”结构弹性体增韧塑料是将少量的弹性体（5%~20%）分散在塑料基体中，使其塑料具有较高的冲击强度和断裂伸长率。b.海-岛结构c.网眼结构80(2)弹性体增韧塑料a.“细胞”结构弹性体增韧塑料是将

①.弹性体增韧机理a.微裂纹理论塑料应变时，在其内部产生很多微裂纹，橡胶粒子横跨在裂纹上，阻止裂纹进一步扩展，裂纹扩展就必须拉伸橡胶粒子，因此吸收能量，提高材料韧性

不足：过分强调了橡胶的增韧作用，忽略了橡胶与塑料基体间的相互作用81①.弹性体增韧机理a.微裂纹理论塑料应变时，在其b.多重银纹理论由于塑料和橡胶两相的泊松比不同，导致材料受冲击时，应力场不再均匀，橡胶粒子起到应力集中的作用，应力集中使橡胶粒子表面，尤其是赤道附近诱发银纹，银纹沿最大主应力平面生长，当银纹端部的应力集中低于临界值或遇到另一橡胶粒子时，银纹便终止。

a.SAN/SBR-g-SAN共混物的多重银纹的TEM照片（80000×）即橡胶粒子不仅诱发银纹，而且能控制银纹82b.多重银纹理论由于塑料和橡胶两相的泊松比不同，导致材料受c.剪切屈服理论橡胶粒子的应力集中引起塑料基体局部剪切屈服，产生大量与应力方向呈45的局部剪切带，剪切带的引发核增长过程消耗大量能量，达到增韧。塑料/橡胶共混物冲击断面剪切屈服形态的SEM照片须根结构勾丝结构83c.剪切屈服理论橡胶粒子的应力集中引起塑料基体局部剪切屈服d.空穴化理论在外力作用下,分散相橡胶粒子作为应力集中点,在其周围产生三维应力。橡胶粒子赤道面的基体受到来自粒子压应力的作用产生剪切屈服;同时由于最大的应力集中在粒子的两极,当界面黏结较弱时,两极发生界面脱黏,并扩展到粒子的大部分表面,从而在橡胶粒子周围产生空洞,空洞附近基体的应力状态受到改变而产生剪切屈服,并向周围扩展,使整个基体发生塑性形变。空化本身不能构成材料脆韧转变,它只是导致材料从平面应变向平面应力转化,从而引发剪切屈服,阻止裂纹进一步扩展,从而吸收大量的冲击能,使材料的韧性提高。84d.空穴化理论在外力作用下,分散相橡胶粒子作为应力

②.影响增韧效果的结构因素a.弹性体相的结构：低剪切模量、低Tgb.弹性体粒子的尺寸与分布：>5μmc.粒子的形态结构与交联d.基体塑料的结构e.相界面黏结85②.影响增韧效果的结构因素a.弹性体相的结构：低剪切模量、(3)非弹性体增韧塑料a.有机刚性粒子增韧PMMA、PS、SAN粒子基体的弹性模量（E1）和泊松比（v1）与刚性粒子的模量（E2）和泊松比（v2）的关系：E2>E1，v2<v1冷拉机理：增韧共混物在拉伸过程中，由于有机刚性粒子与基体间模量和泊松比不同，在分散相的赤道面产生较高的静拉力，当达到一定值时，刚性分散相粒子屈服而产生冷拉，发生较大的塑性变形，消耗能量使韧性提高86(3)非弹性体增韧塑料a.有机刚性粒子增韧PMMA、PSb.无机刚性粒子（RIF）增韧玻璃微珠，碳酸钙微粒机理：当基体材料受到冲击时容易引发RIF粒子周围的基体产生微裂纹，RIF粒子的存在使这些微裂纹的扩展受阻或钝化，或RIF粒子表面脱黏产生新的微裂纹，从而消耗大量能量而增韧。RIF粒子粒径越小，粒子比表面积增大，粒子与基体接触面积增大，材料在受冲击时会引发更多的微裂纹，从而消耗更多的能量，增韧效果更好。87b.无机刚性粒子（RIF）增韧玻璃微珠，碳酸钙微粒机理：当基§4.4断裂韧度在工程中的应用断裂韧度在工程中的应用可以概括为三方面：

第一、设计，包括结构设计和材料选择第二、校核，校核结构的安全性，判断材料的脆断趋向

第三、材料开发，根据对断裂韧度的影响因素，有针对性地设计材料的组织结构，开发新材料。

88§4.4断裂韧度在工程中的应用断裂韧度在工程中的应用可以概一、材料选择89一、材料选择89二、安全校核90二、安全校核90三、失效分析×91三、失效分析×91四、评价材料脆性一般构件中常见是表面半椭圆裂纹，从安全角度Y=2，不考虑塑性区修正时，裂纹临界尺寸可估算：92四、评价材料脆性一般构件中常见是表面半椭圆裂纹，从安全角度Y五、材料开发在材料中设置裂纹扩展过程中的附加能量耗损机制，或设置裂纹扩展的势垒等，提高断裂韧度。93五、材料开发在材料中设置裂纹扩展过程中的附加能量耗损作业P37第16题P84第1、2、10题94作业P37第16题P84第1、2、10题9第四章

材料的断裂韧性95第四章

材料的断裂韧性1本章内容本章将以断裂力学的基本原理为基础，介绍材料断裂韧度的意义、影响因素及应用。

主要内容:1)线弹性条件下的断裂韧性；2)弹塑性条件下的断裂韧性；3)影响材料断裂韧度的因素；4)断裂韧度在工程中的应用.96本章内容本章将以断裂力学的基本原理为基础，介绍材重点：了解概念

Griffith断裂理论、断裂韧度、低应力脆断、应力场强因子、J积分、断裂韧度的几个判据（K、G、J和COD判据）、断裂韧度影响因素。难点：裂纹尖端的应力场及应力场强因子KI97重点：了解概念难点：3前言2009年8月28日一艘巴拿马油轮在埃及苏伊士港断裂为两段传统的强度理论：材料为连续、均匀的、各向同性的受载体，断裂是瞬时发生的。断裂的准则是σmax≤σs/n，n>198前言2009年8月28日传统的强度理论：材料为连续、低应力脆断低应力脆断：工程材料和构件，特别是高强度钢、超高强度钢的机件，中、低强度钢的大型机件在工作应力远低于屈服极限的情况下发生脆性断裂的现象。为什么？如何防止？断裂力学99低应力脆断低应力脆断：工程材料和构件，特别是高强度钢、超高断裂力学的研究内容包括:裂纹尖端的应力、应变和应变能的分析；提出描述裂纹体应力场强的力学参量及计算方法；建立新的断裂判据；研究断裂机制和提高材料断裂韧性的途径等。100断裂力学的研究内容包括:6韧度韧度：衡量材料韧性大小的力学性能指标，可分为静力韧度、冲击韧度、断裂韧度韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力(1)静力韧度()

(2)冲击韧度或冲击值αKU(αKV):

101韧度韧度：衡量材料韧性大小的力学性能指标，可分为静金属材料理论断裂强度实际强度仅为σm的1/10~1/1000102金属材料理论断裂强度实际强度仅为8高分子材料理论断裂强度实际上高分子材料的强度仅为几个到几十个MPa103高分子材料理论断裂强度实际上高分子材料的91921年Griffith为了解释玻璃的理论强度与实际强度的巨大差异，提出了微裂纹理论，后来逐渐成为脆性断裂的主要理论基础。1．理论的提出Griffith认为实际材料中总是存在许多细小的微裂纹或缺陷，在外力作用下产生应力集中现象，当应力达到一定程度时，裂纹开始扩展,导致断裂。Griffith断裂理论1041921年Griffith为了解释玻璃的理论强度Griffith断裂理论105Griffith断裂理论11Griffith公式Griffith裂纹106Griffith公式Griffith裂纹12奥罗万（E.Orowan)修正裂纹尖端由于应力集中，局部区域发生塑性变形，消耗塑性功γp107奥罗万（E.Orowan)修正裂纹尖端由于应力集中，局部区域陶瓷：E=3×1011Pa，γ=1J/m2，裂纹长度a=1μm则σ=4×108Pa高强度钢：陶瓷材料在微观尺度裂纹时便会发生低应力断裂；金属材料在宏观尺度裂纹时才发生低应力断裂108陶瓷：E=3×1011Pa，γ=1J/m2，高强度钢：陶4.1线弹性条件下的断裂韧性线弹性断裂力学认为在脆性断裂过程中，裂纹体各部分的应力和应变处于线弹性阶段，只有裂纹尖端极小区域处于塑性变形阶段.两种方法：应力应变分析方法，研究裂纹尖端附近的应力应变场，提出应力场强度因子及对应的断裂韧度和K判据

能量分析方法，研究裂纹扩展时系统能量的变化，提出能量释放率及对应的断裂韧度和G判据

1094.1线弹性条件下的断裂韧性线弹性断裂力学认为在脆一、裂纹扩展的基本方式1.张开型（I型）裂纹扩展正应力垂直于裂纹面扩展方向与正应力垂直110一、裂纹扩展的基本方式1.张开型（I型）裂纹扩展正应力垂直2.滑开型（II型）裂纹扩展剪切应力平行于裂纹面，裂纹滑开扩展1112.滑开型（II型）裂纹扩展剪切应力平行于裂纹面，裂纹滑开3.撕开型（III型）裂纹扩展切应力平行于裂纹面，裂纹沿裂纹面撕开扩展1123.撕开型（III型）裂纹扩展切应力平行于裂纹面，裂纹沿裂设有一承受均匀拉应力σ的无限大板，中心含有长为2a的I型穿透裂纹。二、裂纹尖端的应力场及应力场强度因子KⅠ113设有一承受均匀拉应力σ的无限大板，中心含有长为2a的I型穿透应力分量：114应力分量：20平面应力与平面应变状态平面应力115平面应力与平面应变状态平面应力21平面应变116平面应变22平面应力与平面应变状态区别Z轴方向上的应力σz或应变εz是否为零区分标准平面应力平面应变应力σz=0应变εz=0117平面应力与平面应变状态区别Z轴方向上的应力σz或应变εz是否平面应变状态应变分量为：118平面应变状态应变分量为：24平面应变状态位移分量为：119平面应变状态位移分量为：25裂纹尖端任意一点的应力、应变和位移分量取决于该点的坐标(r，θ)、材料的弹性模数以及参量KI

应力强度因子KI应力强度因子KⅠ反映了裂纹尖端区域应力场的强度。120裂纹尖端任意一点的应力、应变和位移分量取决于该点的坐标(r，若裂纹体的材料一定，且裂纹尖端附近某一点的位置(r，θ)给定，则该点的各应力、应变和位移分量唯一决定于KI值KI值愈大，则该点各应力、应变和位移分量之值愈高KI综合反映了外加应力和裂纹位置、长度对裂纹尖端应力场强度的影响，其一般表达式为121若裂纹体的材料一定，且裂纹尖端附近某一点的位置(r，θ)给定a一定时，存在临界的应力值σc，只有σ>σc．裂纹才能扩展，造成破断σ一定时，存在临界的裂纹深度ac，当a<ac时，裂纹是稳定的a越大，σc愈低a一定时，KI值越大，σc越大，表示使裂纹扩展的断裂应力越大。三、断裂韧度KⅠc和断裂K判据122a一定时，存在临界的应力值σc，只有σ>σc．裂纹才能扩展当σ和a单独或同时增大时，KI和裂纹尖端的各应力分量也随之增大。当σ=σc或a=ac时，也就是在裂纹尖端足够大的范围内，应力达到材料的断裂强度，裂纹便失稳扩展而导致材料的断裂，这时KI也达到了一个临界值，记为KIC或KC,称为断裂韧度，表示材料抵抗断裂的能力。

断裂韧度KIC：平面应变断裂韧度Kc：平面应力断裂韧度123当σ和a单独或同时增大时，KI和裂纹尖端的各应力分量也KI是一个力学参量，表示裂纹中裂纹尖端的应力应变场强度的大小，它决定于外加应力、试样尺寸和裂纹类型，而和材料无关。KIC是一个是材料的力学性能指标，它决定于材料的成分、组织结构等内在因素，而与外加应力以及试样尺寸等外在因素无关，为平面应变断裂韧度。

根据应力场强度因子KI和断裂韧度KIC的相对大小，可以建立裂纹失稳扩展脆断K判据：KI≥KIC

KIC和KI的区别124KI是一个力学参量，表示裂纹中裂纹尖端的应力应变场强度的大小四、裂纹尖端塑性区及KⅠ的修正1.裂纹尖端塑性区：实际金属，当裂纹尖端附近的σ≥σs→塑性变形→改变裂纹尖端应力分布。

屈服判据125四、裂纹尖端塑性区及KⅠ的修正1.裂纹尖端塑性区：屈服判据32.塑性区的边界方程：平面应力平面应变1262.塑性区的边界方程：平面应力平面应变323.在x轴上，θ＝0，塑性区的宽度r0为：平面应力平面应变1273.在x轴上，θ＝0，塑性区的宽度r0为：平面应力平面应变34、修正后塑性区的宽度R0为：平面应力平面应变可见：考虑应力松弛后，塑性区的尺寸扩大了1倍。应力松弛的影响下,平面应变塑性区宽度R0也是原r0的两倍1284、修正后塑性区的宽度R0为：平面应力平面应变可见：考虑应力平面应变状态是理论上的抽象。厚板件:表面处于平面应力状态,心部是平面应变状态。129平面应变状态是理论上的抽象。厚板件:表面处355、修正后的KI值平面应力平面应变当应力σ增大时，裂纹尖端的塑性区也增大，影响就越大，其修正就必要，通常情况下，当σ/σS≥0.6-0.7时，就需要修正。1305、修正后的KI值平面应力平面应变当应力σ增大时，裂纹尖端的五、裂纹扩展能量释放率GⅠ驱使裂纹扩展的动力是弹性能的释放率：GI即为最早的断裂力学参量，称为裂纹扩展的能量释放率。平面应力平面应变131五、裂纹扩展能量释放率GⅠ驱使裂纹扩展的动力是弹性能的释放率六、断裂韧度GⅠc和断裂G判据根据GI和GIC的相对大小，也可建立裂纹失稳扩展的力学条件，即断裂G判据：GI≥GIC尽管GI和KI的表达式不同，但它们都是应力和裂纹尺寸的复合力学参量，都决定于应力和裂纹尺寸，具有穿透裂纹的无限大板：KI不仅可以度量裂纹尖端的应力场强度，而且可以度量裂纹扩展时系统势能的释放率。132六、断裂韧度GⅠc和断裂G判据根据GI和GIC的相对大小，§4.2弹塑性条件下的断裂韧性高强度钢的塑性区尺寸很小，相对屈服范围也很小,可以用线弹性断裂力学解决问题。中、低强度钢塑性区较大，相对屈服范围较大,线弹性断裂力学已不适用，从而要求发展弹塑性断裂力学来解决其断裂问题。目前常用的方法有J积分法和COD法。J积分法是由GI延伸出来的一种断裂能量判据;COD法是由KI延伸出来的一种断裂应变判据。133§4.2弹塑性条件下的断裂韧性高强度钢的塑性区尺寸很小，相一、J积分的概念设有一单位厚度的I型裂纹体，逆时针取一回路Γ，其所包围体积内的应变能密度为ω，Γ上任一点的作用力为T。

在弹性状态下，所包围体积的系统势能U等于弹性应变能Ue与外力功W之差。因为厚度B＝1，故GI由下式决定：

134一、J积分的概念设有一单位厚度的I型裂纹体，逆时针取一回路总应变能：在整个外围边界上外力所做的功：线弹性条件下的能量线积分的表达式135总应变能：在整个外围边界上外力所做的功：线弹性条件下的能量在弹塑性条件下，如果将弹性应变能密度改成弹塑性应变能密度，也存在相似的能量线积分，Rice将其定义为J积分：JI为I型裂纹的能量线积分

136在弹塑性条件下，如果将弹性应变能密度改成弹塑性应变能密度，也线弹性条件下，JI=GI在小应变条件下，J积分和路径无关，即J的守恒性。将路径取得很小，小到仅包围裂纹尖端时，积分回路因裂纹表面T=0，则J积分反映了裂纹尖端区的应变能，即应力应变的集中程度。

137线弹性条件下，JI=GIJ积分反映了裂纹尖端区的应变能，43二、J积分的能量率表达式1、线弹性条件下，2、弹塑性条件下，J积分的能量表达式J积分的形变功差率138二、J积分的能量率表达式1、线弹性条件下，2、塑性变形是不可逆的，因此求J值必须单调加载，不能有卸载现象。弹塑性条件下，注意几点不能像GI那样理解为裂纹扩展时系统势能的释放率，应当理解为形变功差率J积分不能处理裂纹的连续扩展问题，其临界值只是开裂点，不一定是失稳断裂点。

139塑性变形是不可逆的，因此求J值必须单调加载，不能有卸载现象。三、断裂韧度JⅠc及断裂J判据1、断裂韧度JⅠc：平面应变条件下，应力应变场的能量，达到使裂纹开始扩展的临界状态时，JⅠ积分值也达到相应的临界值JⅠc。

JIC表示材料抵抗裂纹开始扩展的能力

只要满足上式，裂纹就会开裂。

2、断裂J判据：JⅠ≥JⅠc140三、断裂韧度JⅠc及断裂J判据1、断裂韧度JⅠc：只要满足上实际生产中很少用J积分判据计算裂纹体的承载能力：

各种实用的J积分数学表达式并不清楚，即使知道材料的JIC值，也无法用来计算中、低强度钢的断裂机件大多是韧性断裂，裂纹往往有较长的亚稳扩展阶段，JIC对应的点只是开裂点

实用意义：用小试样测出JIC，以代替大试样的KIC，再按K判据去解决中、低强度钢大型件的断裂问题141实际生产中很少用J积分判据计算裂纹体的承载能力：各种实用的四、裂纹尖端张开位移(COD)的概念1、断裂应变判据的实践基础：(1)对于中、低强度钢构件，低应力脆断：断口具有90％以上的结晶状特征；而制取的小试样，发生纤维状的韧断。(2)构件承受多向应力，使裂纹尖端的塑性变形受到约束，当应变量达到某一临界值，材料就发生断裂。142四、裂纹尖端张开位移(COD)的概念1、断裂应变判据的实践基裂纹尖端的张开位移COD(crackopeningdisplacement)来间接表示应变量的大小，用临界张开位移δc来表征材料的断裂韧度。

裂纹尖端张开位移，是裂纹体受载后，在裂纹尖端沿垂直裂纹方向所产生的位移，用δ表示

对于I型穿透裂纹

143裂纹尖端的张开位移COD(crackopeningdisδ可看作一种裂纹扩展的动力。临界值δ

c也称为材料的断裂韧度，表示材料阻止裂纹开始扩展的能力

根据δ和δc的相对大小的关系，可以建立断裂判据：δ≥δCδ判据和J判据一样，都是裂纹开始扩展的断裂判据，而不是裂纹失稳扩展的断裂判据144δ可看作一种裂纹扩展的动力。临界值δc也称为材料的断裂韧度五、弹塑性条件下的COD表达式带状屈服模型(或称DM模型)AB两点的张开位移为:在临界条件下，断裂韧度:145五、弹塑性条件下的COD表达式带状屈服模型(或称DM模型)A各种断裂韧度关系：1.在平面应力条件下，δc和其他断裂韧度的关系为:

2.在平面应变条件下，由于裂纹尖端材料的硬化作用，以及尖端存在一定的三向应力状态，应对上式修正，修正式为:

1≤n≤1.5～2.0，完全平面应力状态n＝1，完全平面应变状态n＝2146各种断裂韧度关系：1.在平面应力条件下，δc和其他断裂韧度的§4.3影响材料断裂韧度的因素一、化学成分、组织结构对断裂韧度的影响1．化学成分的影响

金属材料

b．强烈固溶强化的合金元素：降低塑性而使断裂韧度降低a．细化晶粒的合金元素：断裂韧度提高；c．形成金属间化合物并呈第二相析出的合金元素：降低塑性有利于裂纹扩展而使断裂韧度降低

陶瓷材料，提高材料强度的组元，都将提高断裂韧度

高分子材料，增强结合键的元素都将提高断裂韧度

147§4.3影响材料断裂韧度的因素一、化学成分、组织结构对断2．基体相结构和晶粒尺寸的影响基体相晶体结构易于发生塑性变形，产生韧性断裂，材料的断裂韧度就高。

陶瓷材料，可以通过改变晶体类型，调整断裂韧度的高低。

细化晶粒既可以提高强度，又可以提高塑性，断裂韧度也可以得到提高。

1482．基体相结构和晶粒尺寸的影响基体相晶体结构易于发生塑性变3．夹杂和第二相的影响金属材料非金属夹杂物往往使断裂韧度降低脆性第二相随着体积分数的增加，断裂韧度降低韧性第二相当其形态和数量适当时，可以提高材料的断裂韧度

利用适当的第二相提高其断裂韧度

陶瓷材料和复合材料1493．夹杂和第二相的影响金属材料非金属夹杂物往往使断裂韧度4．显微组织的影响相同强度条件下，断裂韧度的大小

１）在低碳钢中，回火马氏体≥贝氏体

２）在高碳钢中，上贝氏体≤回火马氏体≤下贝氏体

回火马氏体呈板条状，主要是位错亚结构，具有较高的强度和塑性，裂纹扩展阻力较大，呈韧性断裂，因而断裂韧度较高

针状马氏体主要是孪晶亚结构，硬度高而脆性大，裂纹扩展阻力小，呈准解理或解理断裂，因而断裂韧度较低

1504．显微组织的影响相同强度条件下，断裂韧度的大小１）在低二、特殊改性处理对断裂韧度的影响1．亚温淬火

通过获得不同形态和数量的未溶铁索体+马氏体的复相组织，由于晶粒的细化、相界面积的增加、单位面积杂质浓度的降低、铁素体对裂纹尖端应力集中的松弛作用、裂纹沿相界面扩展途径的延长等，使得强度和韧性得到提高。

151二、特殊改性处理对断裂韧度的影响1．亚温淬火通过2．超高温淬火

中碳合金结构钢：采用超高温淬火，虽然奥氏体晶粒显著粗化，塑性和冲击吸收功降低，但断裂韧度提高．

马氏体形态由孪晶型变为位错型，使断裂机理由准解理变为微孔聚集型；在马氏体板条束间存在10～20nm的残余奥氏体薄膜，且很稳定，可阻止裂纹扩展；碳化物及夹杂物能溶人奥氏体，减少了微裂纹形成源KIC提高的原因：1522．超高温淬火中碳合金结构钢：采用超高温淬火，虽然奥氏体晶3．形变热处理

高温形变热处理由于动态再结晶，可以细化奥氏体晶粒，因而细化了淬火后的马氏体，使强度和韧性都提高。

低温形变热处理除了细化奥氏体晶粒外，还可增加位错密度，促进合金碳化物弥散沉淀，降低奥氏体含碳量和增加细小板条马氏体的数量，因而提高强度和韧性。

1533．形变热处理高温形变热处理由于动态再结晶，可以细化奥氏体三、外界因素对断裂韧度的影响1．对于大多数材料，温度的降低通常会降低断裂韧度

2．应变速率对断裂韧度的影响类似于温度。增加应变速率相当于降低温度，也可使KIC下降。

154三、外界因素对断裂韧度的影响1．对于大多数材料，温度的降低四、断裂韧度测试方法

三点弯曲法155四、断裂韧度测试方法三点弯曲法61五、断裂韧度与强度、塑性和冲击韧度的关系

1．韧断模型在弹性区中一直到韧带的边沿，应变的分布用线弹性理论给出

156五、断裂韧度与强度、塑性和冲击韧度的关系1．韧断模型在弹性Hahn和Rosenfield根据对裂纹尖端塑性区的金相观察和对实验数据的分析，提出了下列公式：

Schwalbe根据对A1-Zn-Mg-Cu合金断裂韧度的分析推导出

157Hahn和Rosenfield根据对裂纹尖端塑性区的金相观察2．脆性断裂模型Tetelman等通过对脆性断裂的实验分析认为，当裂纹尖端某一特征距离内的应力达到材料解理断裂强度时，裂纹就失稳扩展，产生脆性断裂。如取特征距离为晶粒直径的2倍，则由此导出KIC与材料的强度性能及裂纹尖端曲率半径之间的关系为:1582．脆性断裂模型Tetelman等通过对脆性断裂的实验分析认五、高分子材料的强化与韧化1.高分子材料强度的温度依赖性159五、高分子材料的强化与韧化1.高分子材652、高分子材料的强化原理1）.引入极性基2）.链段交联3）.结晶和取向4）.定向聚合5）.填料增强1602、高分子材料的强化原理1）.引入极性基661）.引入极性基a.增加高分子极性或产生氢键尼龙610，60MPa尼龙66，80MPab.引入芳杂环聚间苯二酰间苯二胺80~120MPa1611）.引入极性基a.增加高分子极性或产生氢键尼龙610，62）.链段交联适度交联强度增加；过度交联将使材料变脆弱橡胶的拉伸强度与交联剂用量的关系1622）.链段交联适度交联强度增加；橡胶的拉伸强度与交联剂用量3）.结晶度和取向提高结晶度，材料强度提高加入成核剂，生成微晶能使材料的强度和韧性得到提高取向使力学性能产生各向异性，在取向方向得到增强4）.定向聚合提高高分子材料的结构均一性1633）.结晶度和取向提高结晶度，材料强度提高加入成核剂，生成5）.填料增强粒子（Powder）纤维Fiber液晶LiquidCrystal改性的基本思想是用填充、混合、复合等方法，将增强材料加入到聚合物基体中，提高材料的力学强度或其它性能。1645）.填料增强粒子（Powder）改性的基本思想是用填（1）、粒子增强按性能可分为活性粒子和惰性粒子两类a.活性粒子增强橡胶+碳黑增强机理165（1）、粒子增强按性能可分为活性粒子和惰性粒子两类a.活性b.惰性粒子增强粉状填料经硬脂酸处理填充HDPE的SEM图上图：硬脂酸用量0.9%下图：1.5%惰性粒子，需要经过化学改性赋予粒子表面一定的活性，才具有增强作用。166b.惰性粒子增强粉状填料经硬脂酸处理填充HDPE的SEM图惰（2）、纤维增强常用的纤维材料玻璃纤维碳纤维硼纤维天然纤维基体材料热固性树脂热塑性树脂橡胶类材料167（2）、纤维增强常用的纤维材料玻璃纤维碳纤维硼纤维天然纤维基玻璃钢船玻璃纤维+聚酯增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷碳纤维168玻璃钢船增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷碳纤维74纤维增强的机理例：尼龙+玻纤/碳纤维/晶须/硼纤维增强效果与纤维的长度、纤维与聚合物之间的界面粘结力有关169纤维增强的机理例：尼龙+玻纤/碳纤维/晶须/硼纤维75玻璃纤维增强PP树脂，纤维表面未经处理纤维含量：30%（w）玻璃纤维增强PP树脂，纤维表面经偶联处理纤维含量：30%（w）170玻璃纤维增强PP树脂，纤维表面未经处理玻璃纤维增强PP树脂，（3）液晶原位增强增强机理：热致液晶中的液晶棒状分子在共混物中形成微纤结构而到增强作用。由于微纤结构是加工过程中由液晶棒状分子在共混无物基体中就地形成的，故称做“原位”复合增强。热致液晶+热塑