我國在材料強度理論與斷裂規律研究方面取得新進展

中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室材料疲勞與斷裂研究部張哲峰博士的研究組，較近在材料強度理論與斷裂規律的研究中取得較新進展，他們將四個經典的斷裂準則：非常大正應力準則、屈特加（Tresca）準則、范·米塞斯（van·Mises）準則和莫爾-庫侖（Mohr-Coulomb）準則農業生產體系地統一起來，并提出了一個新的統一拉伸斷裂準則——橢圓準則。該項研究成果發表在2005年3月11日出版的《物理評論快報》上。
    材料的強度與破壞理論是研究材料在各種應力下的屈服或破壞的規律，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，發現當施加應力達到一臨界值時材料發生斷裂，這即是非常大正應力準則或靠前強度理論。隨后，庫侖在研究土和砂巖的壓縮強度后，于1773年提出：當材料的破壞沿著一定剪切平面進行時，所需的破壞力不但與剪切力有關，也與剪切面上的法向力有關。1900年，德國科學家莫爾將非常大主應力莫爾圓引入到庫侖強度理論中，因而這個破壞準則現在被稱為莫爾-庫侖準則。1864年，屈特加提出了非常大剪切應力準則或稱屈特加準則。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到某一臨界值，此即范·米塞斯準則或第四強度理論。除了上述四個較有名的強度理論或準則外，到目前為止，人們關于不同材料的破壞規律曾經提出上百個模型或準則，但由于材料性質的復雜性，大多數模型或準則都不具有普適性。
    較近10多年來，一種新的材料——塊體金屬玻璃材料被發現和廣泛研究。金屬玻璃材料具有較高的強度（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稱性，從宏觀和微觀兩方面解釋了這種不對稱性的物理機制。較近他又系統地總結了銅基、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律，發現上述四個經典的斷裂準則均不能很好地解釋金屬玻璃材料的斷裂特性。為此，張哲峰提出了一個新的統一拉伸斷裂準則——橢圓準則，該準則不但能合理地解釋金屬玻璃材料所特有的拉伸斷裂規律，而且還將上述四個經典的斷裂準則農業生產體系地統一起來。