耐火材料出現(xiàn)脆性斷裂的分析

　　我們知道，耐火材料的強度可以用室溫下三點抗彎試驗中在材料彎曲時得到的荷重與位移的關(guān)系圖來描述。圖1顯示了一些耐火材料的荷重-位移曲線(P-u曲線)示意圖。圖中各P-u曲線的差別是由各種不同耐火材料的斷裂機理不同所致。圖1a和b表明荷重在破壞之前直線增加至達到大時，材料就產(chǎn)生斷裂(破壞)。與此不同的是，以后各曲線(圖1中c~f)則是在破壞點附近荷重不同程度的緩慢增加，達到大荷重后先緩慢下降，然后迅速下降至斷裂(圖1c~d),或者在達到大荷重后荷重一直緩慢下降至斷裂(圖1e~f)。

　　從破壞類型來分析，認為耐火材料a及b為不穩(wěn)定破壞;耐火材料c及d在即將破壞前產(chǎn)生了局部的非線形變形，為近似于準穩(wěn)定破壞;耐火材料e及f在即將破壞前則產(chǎn)生了明顯的非線形變形，呈準穩(wěn)定破壞。

　　耐火材料荷重p-位移u示意圖

　　圖1 耐火材料荷重p-位移u示意圖

　　從能量方面來觀察，耐火材料承受應(yīng)力后先產(chǎn)生彈性變形(P-U圖上直線部分)，然后進入塑性變形(P圖上曲線部分)階段。在p-u圖上，外力所做的功分成彈性變形功和塑性變形功兩個部分，前者作為彈性應(yīng)變能儲存在變形材料內(nèi)。當材料中裂紋產(chǎn)生擴展時，這一部分彈性應(yīng)變能將提供裂紋擴展前所需要的塑性變形功以及產(chǎn)生新表面所需要的能量。圓弧磚

　　如果我們用斷裂能韌性值Rc來表示裂紋擴展所耑要的斷裂能量的話，那么由能量保存法則可以得知，Rc應(yīng)等于裂紋單位面積擴展時的破壞面形成能Ge和其非線形斷裂能φni之和：

　　對應(yīng)的耐火材料屬于線形彈性體。

　　當φni>0時，式中(Rc=Ge+φni)成立。對應(yīng)的耐火材料屬于具有非線形結(jié)構(gòu)的耐火材料。

　　利用負荷-除荷法可以求出Rc、Ge和φni

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