玻璃的疲劳与亚临界裂纹扩展

玻璃材料的疲劳包括静疲劳（静载荷）、动疲劳（常速率慢载荷）和循环疲劳（交变循环载 荷）。常规的疲劳主要考虑裂纹扩展过程。裂纹扩展寿命预测是断裂力学和材料学在应用中的一 个重要课题，也是存在较多争议的一个领域。裂纹扩展方程通常表示为应力强度因子的函数，形 式多种多样，其中20世纪60年代初期Paris等人提出的势函数较为广泛应用。

如果亚临界裂纹扩展速率只由应力强度因子决定，恒应力下的亚临界裂纹扩展的时间必定跟 原始裂纹尺寸成正比。这种寿命与裂纹尺寸的比例关系使寿命预测变得很为简单。实际材料或结 构的疲劳寿命是否真是这样？这在实验中很难得到验证。

事实上，慢裂纹扩展并非引起失效的原因。存在众多的因素可导致材料的破坏。但无论 什么因素起作用，宏观反映都可是强度衰减。在给定的荷载和环境下，如果强度衰减速率已知， 我们很容易评价寿命。由于残余强度是时间的减函数，并且具有高于荷载的初始值，它必然在一 定时间后要衰减到与外加应力相等而发生断裂。

因此，在失效评价中单一的研究裂纹扩展或某一项可引起强度下降的因素不如研究强度本身 的衰减更直接、更有普遍意义。无论这种衰减是由什么因素引起的，如果在一定条件下强度衰减 是由环境腐蚀引起，没有裂纹扩展，这时用裂纹扩展速率来评价寿命就会得到错误的结果。

在给定的载荷和环境条件下，如果强度衰减速率已知，就可以很容易评价寿命。由于残余强 度是时间的减函数并且高于外加载荷，它必然要在一定时间后衰减到与外加载荷相等而发生断 裂，这个衰减的时间过程便是寿命。