损伤力学讲解学习.ppt

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1、损伤力学根据不同的损伤变量，如果不考虑损伤的各项异性，损伤变量可以是一个标量；如果考虑到损伤的各项异性，损伤可以是矢量或者张量；损伤是一个能量耗散的不可逆过程，损伤变量是用宏观变量代表内部因损伤或其他因素而发生的变化，叫做内部状态变量，简称内变量；目前，损伤变量的选择还具有一定的随意性，在选择时要注意具有明确的物理意义，还要尽量简单，便于分析计算和测量。2.2损伤类型及损伤变量损伤力学的基本概念和基本原理2.2损伤类型及损伤变量按照研究方法区分能量损伤理论（energydamage)由勒梅特(J.Lemaitre)等创立，以连续介质力学和热力学为基础，将损伤视为能量的转换过程，是不可逆的；

2、由自由能和耗散势导出损伤的本构关系和损伤演化方程；几何损伤理论（geometrydamage)由村上澄男(SumioMurakami)等创立，认为损伤是由于材料种的微缺陷引起的；损伤的大小和演化与材料种微缺陷的尺寸，形状、密度及其分布有关；损伤力学的基本概念和基本原理2.2损伤类型及损伤变量根据不同的损伤机制，应选择不同的损伤变量。如果不考虑损伤的各向异性，得到变量是一个标量，即在各个方向的损伤变量的数值都相同，没有方向性。如果考虑到损伤的各向异性，损伤变量可以是一个矢量或二阶张量，甚至在有的研究中用过四阶张量的损伤变量。具体的损伤变量的形式要根据所研究问题的类型及其相应的损伤机制去决定。

3、总而言之，由于各种物理或化学的变化，如受载、承受高温、受到辐射或腐蚀、氧化而造成的各种物理的或化学变化，如结构改变、相变化、成分变化都属于损伤的内容。只不过在宏观的角度，人们更多注意的是材料结构的改变（微裂纹、微孔洞等）在宏观上的表现以及由此造成的材料的力学性能劣化。损伤力学的基本概念和基本原理2.2损伤类型及损伤变量尽管在各种材料、各种情况下，损伤的表现形式很多、很复杂，但它们有一个共同的特点：都是需要耗散能量的不可逆过程。因此，可以利用宏观不可逆过程热力学处理它们。采用宏观变量代表内部因损伤或其他因素而发生的变化，叫内部状态变量，简称内变量。这种内变量的选择具有相当的任意性。在选择时应

4、注意到要使之确实能代表物质的内部变化，具有明确的力学意义，还要尽量简单，便于分析计算、间接测量与试验。损伤力学的基本概念和基本原理2.3损伤唯象理论的基本方程这里所介绍的损伤理论主要是应用唯象学方法研究的结果。作为含损伤（连续的缺陷场）的连续介质，首先应当满足连续介质力学的基本方程；同时作为不可逆的耗散的热力学过程，又应当满足连续介质力学的基本原理。因此，本节介绍的损伤力学基本方程主要是指基于连续介质力学和不可逆热力学，含损伤的连续体应该满足的基本方程。损伤力学的研究方法损伤力学研究的对象是含有连续分布缺陷的变形固体，其研究的主要目的是确定损伤连续场变量的演化规律。因此，这个决定了损伤力学

5、的连续介质力学下的手段和方法；但是由于损伤场的形成实质上是材料微细观结构的变异，要了解损伤的成因及其微结构特征和形态，又必须用细观的和材料学的方法；因此，损伤力学的研究方法分三类：细观的方法、宏观的方法和宏细观相互结合的方法；损伤力学的研究方法细观方法：从细观或者微观的角度研究材料的微结构（微裂纹和微孔洞的形态的变化及其对于宏观力学性质的影响。研究损伤演化的物理机制对于建立宏观唯象的力学模型是十分必要的；扫描电镜等近代实验力学方法的发展使人们可以从细观尺度去观察损伤的物理现象，从而对宏观损伤进行解释；目前微细观结构的变异与宏观力学性能之间的相互关系和解释仍然是一个难题。但此仅仅使用微观方法

6、很难解释宏观的现象并用于宏观现象的计算和分析。损伤力学的研究方法宏观方法：就是从宏观的现象出发并模拟宏观的力学行为。宏观唯象学研究的目的是在材料的本构关系中掺入损伤变量，使得含有损伤变量的本构关系能真实描述受损材料的宏观力学性能；唯象学的方法是从宏观的现象出发并模拟宏观力学行为来确定参数，所以得到的方程往往是半理论半经验性的，其研究结果也较细观方法更易于对问题的分析，但难以深入探讨该损伤的本质。目前较为成熟的模型主要是运用宏观唯象方法研究的结果；损伤力学的研究方法宏细微观结合的方法：损伤的形态及其演化的过程是发生在细观层次上的物理现象，必须用细观观测的手段和细观力学方法加以研究；而损伤对于

7、材料力学性能上的影响是细观的成因在宏观上的结果和表现。因此要想从根本上解决问题，就必须运用宏、细观相结合的方法研究损伤力学问题；为了建立损伤材料的宏细微观结合的本构理论，首先要开展宏、细、微观并重的实验研究并在实验研究中实现宏细观观测相互同步。这方面研究的主要特点是:(1)追踪固体从变形、损伤、断裂至破坏的全过程；（2）探讨宏细微观各个层次之间的关联。第二章一维损伤力学理论在外部因素（包括力、温度、辐射等）的作用下，材料