我國(guó)在材料強(qiáng)度理論與斷裂規(guī)律研究方面取得新進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室材料疲勞與斷裂研究部張哲峰博士的研究組，較近在材料強(qiáng)度理論與斷裂規(guī)律的研究中取得較新進(jìn)展，他們將四個(gè)經(jīng)典的斷裂準(zhǔn)則：非常大正應(yīng)力準(zhǔn)則、屈特加（Tresca）準(zhǔn)則、范·米塞斯（van·Mises）準(zhǔn)則和莫爾-庫侖（Mohr-Coulomb）準(zhǔn)則農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系地統(tǒng)一起來，并提出了一個(gè)新的統(tǒng)一拉伸斷裂準(zhǔn)則——橢圓準(zhǔn)則。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在2005年3月11日出版的《物理評(píng)論快報(bào)》上。
    材料的強(qiáng)度與破壞理論是研究材料在各種應(yīng)力下的屈服或破壞的規(guī)律，它的研究較早可以追溯到400多年以前。伽利略在研究磚、鑄鐵和石頭的拉伸斷裂時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)施加應(yīng)力達(dá)到一臨界值時(shí)材料發(fā)生斷裂，這即是非常大正應(yīng)力準(zhǔn)則或靠前強(qiáng)度理論。隨后，庫侖在研究土和砂巖的壓縮強(qiáng)度后，于1773年提出：當(dāng)材料的破壞沿著一定剪切平面進(jìn)行時(shí)，所需的破壞力不但與剪切力有關(guān)，也與剪切面上的法向力有關(guān)。1900年，德國(guó)科學(xué)家莫爾將非常大主應(yīng)力莫爾圓引入到庫侖強(qiáng)度理論中，因而這個(gè)破壞準(zhǔn)則現(xiàn)在被稱為莫爾-庫侖準(zhǔn)則。1864年，屈特加提出了非常大剪切應(yīng)力準(zhǔn)則或稱屈特加準(zhǔn)則。1913年，范·米塞斯考慮了變形能的作用，提出材料的屈服條件為其變形能達(dá)到某一臨界值，此即范·米塞斯準(zhǔn)則或第四強(qiáng)度理論。除了上述四個(gè)較有名的強(qiáng)度理論或準(zhǔn)則外，到目前為止，人們關(guān)于不同材料的破壞規(guī)律曾經(jīng)提出上百個(gè)模型或準(zhǔn)則，但由于材料性質(zhì)的復(fù)雜性，大多數(shù)模型或準(zhǔn)則都不具有普適性。
    較近10多年來，一種新的材料——塊體金屬玻璃材料被發(fā)現(xiàn)和廣泛研究。金屬玻璃材料具有較高的強(qiáng)度（1～5GPa）和較低的塑性變形能力，在單向載荷作用下常常表現(xiàn)出典型的脆性剪切斷裂。張哲峰于2003年很好地歸納了金屬玻璃材料的拉伸—壓縮剪切斷裂的不對(duì)稱性，從宏觀和微觀兩方面解釋了這種不對(duì)稱性的物理機(jī)制。較近他又系統(tǒng)地總結(jié)了銅基、鋯基、鋁基、鐵基、鈀基、鎳基、鑭基和鈷基等各種金屬玻璃材料的拉伸斷裂規(guī)律，發(fā)現(xiàn)上述四個(gè)經(jīng)典的斷裂準(zhǔn)則均不能很好地解釋金屬玻璃材料的斷裂特性。為此，張哲峰提出了一個(gè)新的統(tǒng)一拉伸斷裂準(zhǔn)則——橢圓準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則不但能合理地解釋金屬玻璃材料所特有的拉伸斷裂規(guī)律，而且還將上述四個(gè)經(jīng)典的斷裂準(zhǔn)則農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系地統(tǒng)一起來。