叶继红，范志鹏

(1. 江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室(中国矿业大学)，徐州 221116；2. 徐州市工程结构火安全重点实验室(中国矿业大学)，江苏，徐州 221116；3. 东南大学土木工程学院，江苏，南京 211189)

目前，金属材料断裂预测方法总体可分为两类：一类为传统断裂力学方法[1]；另一类为基于微观机制的断裂预测方法[2]。由于传统断裂力学方法是基于材料中已存在宏观裂纹假定，其不适用于无初始缺陷的韧性断裂问题。基于微观机制的断裂预测方法是根据金属材料的微观机理建立力学模型，其认为引起材料断裂的两种主要微观机理为空穴聚合型断裂机理及局部剪切带的形成。

空穴聚合型断裂机理是钢材韧性断裂的常见形式，空穴演化过程通常分为三个阶段：空穴形核、空穴扩张和空穴贯通[3-4]，如图1 所示。金属材料在低应力三轴度下断口部位会呈现剪切型微观断裂机理[5-7]，与脆性断裂形式不同的是材料在形成剪切型断裂前可承受明显的塑性变形。如图2所示，在低应力三轴度应力状态下，材料中空穴在形核后不仅没有扩张的趋势，相反空穴体积会随着塑性应变的增大而逐渐变小，直至突然压扁形成塑性剪切带[8]，引发剪切断裂。

图 1 空穴形核、扩张及贯通机理Fig. 1 The mechanism of void nucleation,expansion and penetration

图 2 塑性剪切带Fig. 2 Plastic shear band

基于微观机制的断裂预测模型在预测钢材延性断裂上具有明显优势，如Rice-Tracey 模型[9]、VGM 模型和SMC 模型[10]、GTN 模型[11]等，近年来这些模型开始广泛应用于钢材韧性断裂破坏研究。……