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玻璃强度的离散性和韦泊尔模数

玻璃是熔融、冷却、固化的非晶态固体,理想状态下,玻璃态物质的质点排列是无规则的, 是统计均匀的,而在生产实际中,理想的、均一的玻璃体是极少的。玻璃在实际生产过程中,由 于种种原因玻璃体中会引进各种夹杂物,引起玻璃体均匀性的破坏和表面缺陷不均匀,造成玻璃 体机械强度下降,光学性能不理想从而影响玻璃制品的使用性能。尤其对于光学玻璃、艺术玻璃 和许多特种工业玻璃,对玻璃的非均一性的允许程度较低,因此玻璃产品均匀性的测试实验是非 常重要的工作。

由于脆性材料的强度具有很大的分散性和随机性,为了有效并安全地利用这类材料和提高结 构的可靠性,对强度的分布特性和失效概率的研究是材料强度学中的一个重要分枝。在强度分布 的描述中,建立在最弱连接键模型上的Weibull统计函数最为广泛地被接受和应用。

不同的受力方式和应力分布所得的有效 体积不一样,对于均匀单向受拉,K等于实际体积。有效体积越大,破坏概率越大。这种原理 常用来解释强度的体积效应以及拉伸与弯曲强度的差异。但它有时也表现出明显的误差,例如, 等值双向拉伸的有效体积为两倍的实际体积,但双向拉伸的断裂强度并不比单向拉伸时的低。在 实用中首先需要已知强度的Weibull模数m,另外在材料性能(尤其是陶瓷材料)的评价中, Weibull模数也常被看作是反映离散性和可靠性的指标。因此确定强度分布的Weibull模数对于 统计断裂力学应用和脆性部件的可靠性分析是最为基础的和重要的。在脆性材料的性能评价中, Weibull模数与弯曲强度和断裂韧性常被视为三大性能指标。

实际工程中和绝大多数文献上都采用两参数分布进行参数估计。事实上两参数Weibull模数 若能确定,在一定条件下就能估计出三参数下的Weibull模数。Weibull模数估计的可信度取决 于强度测试试件的数量,对于给定的试件数,Weibull参数估计的方法很多,并各有长短。工程 上最常用的有两种方法。一种为线性最小二乘拟合法,直接将Weibull分布函数用于强度的测试 数据。

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