耐火材料出现脆性断裂的分析
发布日期： 2018-05-28 10:11:52 阅读量（415） 作者：我们知道，耐火材料的强度可以用室温下三点抗弯试验中在材料弯曲时得到的荷重与位移的关系图来描述。图1显示了一些耐火材料的荷重-位移曲线(P-u曲线)示意图。图中各P-u曲线的差别是由各种不同耐火材料的断裂机理不同所致。图1a和b表明荷重在破坏之前直线增加至达到最大时，材料就产生断裂(破坏)。与此不同的是，以后各曲线(图1中c~f)则是在破坏点附近荷重不同程度的缓慢增加，达到最大荷重后先缓慢下降，然后迅速下降至断裂(图1c~d),或者在达到最大荷重后荷重一直缓慢下降至断裂(图1e~f)。
从破坏类型来分析，认为耐火材料a及b为不稳定破坏;耐火材料c及d在即将破坏前产生了局部的非线形变形，为近似于准稳定破坏;耐火材料e及f在即将破坏前则产生了明显的非线形变形，呈准稳定破坏。
图1 耐火材料荷重p-位移u示意图
从能量方面来观察，耐火材料承受应力后先产生弹性变形(P-U图上直线部分)，然后进入塑性变形(P图上曲线部分)阶段。在p-u图上，外力所做的功分成弹性变形功和塑性变形功两个部分，前者作为弹性应变能储存在变形材料内。当材料中裂纹产生扩展时，这一部分弹性应变能将提供裂纹扩展前所需要的塑性变形功以及产生新表面所需要的能量。
如果我们用断裂能韧性值Rc来表示裂纹扩展所耑要的断裂能量的话，那么由能量保存法则可以得知，Rc应等于裂纹单位面积扩展时的破坏面形成能Ge和其非线形断裂能φni之和：
对应的耐火材料属于线形弹性体。
当φni>0时，式中（Rc=Ge+φni）成立。对应的耐火材料属于具有非线形结构的耐火材料。
利用负荷-除荷法可以求出Rc、Ge和φni，其方法如图2所示，图中：
式中，△A=B△a；B为试样宽度；△a为裂纹增长部分的长度。
图2 荷重-位移曲线示意图
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