最新014--损伤力学与断裂力学@@@幻灯片.ppt

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1、014--损伤力学与断裂力学@@@传统材料力学的强度问题两大假设：均匀、连续断裂力学的韧度问题均匀性假设仍成立，但且仅在缺陷处不连续连续力学与力学模型之近代发展——力学分析范围之拓广损伤的种类弹脆性损伤：岩石、混凝土、复合材料、低温金属弹塑性损伤：金属、复合材料、聚合物的基体，滑移界面(裂纹、缺口、孔洞附近细观微空间)，颗粒的脱胶，颗粒微裂纹引起微空洞形核、扩展剥落(散裂)损伤：冲击载荷引起弹塑性损伤；细观孔洞、微裂纹－均匀分布孔洞扩展与应力波耦合疲劳损伤：重复载荷引起穿晶细观表面裂纹；低周疲劳－分布裂纹蠕变损伤：由蠕变的细观晶界孔洞形核、扩展，主要由于晶界滑移、扩散蠕变－

2、疲劳损伤：高温、重复载荷引起损伤，晶间孔洞与穿晶裂纹的非线性耦合腐蚀损伤：点蚀、晶间腐蚀、晶间孔洞与穿晶裂纹的非线性耦合辐照损伤：中子、射线的辐射，原子撞击引起的损伤，孔洞形核、成泡、肿胀损伤分类及损伤力学在工程中的应用损伤也可分为两大类：脆性损伤：韧性损伤：在工程问题中的应用材料的断裂破坏过程，局部损伤：启裂、扩展和分叉材料的力学与物理性能材料元的寿命预计(非线性积累)与无损检测的发展的关系CDM的边值问题材料的韧化机理与预计，韧脆转变连续介质力学观点－分布孔洞与损伤材料性能不同力学理论的研究路线损伤力学(CDM)的研究方法CDM是描写材料破坏过程的有力工具。它主要包括：

3、损伤演化方程的描写～损伤变量基于细观的、唯象的连续损伤理论损伤的实验测定从应用入手，研究与发展连续损伤力学损伤理论体系损伤力学的应用破坏分析过程耦合的应变损伤分析损伤力学--概要材料内部存在的分布缺陷，如位错、夹杂、微裂纹和微孔洞等统称为损伤损伤力学可以分为连续损伤力学与细观损伤力学细观损伤力学根据材料细观成分的单独的力学行为，如基体、夹杂、微裂纹、微孔洞和剪切带等，采用某种均匀化方法，将非均质的细观组织性能转化为材料的宏观性能，建立分析计算理论连续损伤力学将具有离散结构的损伤材料模拟为连续介质模型，引入损伤变量（场变量），描述从材料内部损伤到出现宏观裂纹的过程，唯像地导出

4、材料的损伤本构方程，形成损伤力学的初、边值问题，然后采用连续介质力学的方法求解损伤变量“代表性体积单元”它比工程构件的尺寸小得多，但又不是微结构，而是包含足够多的微结构,在这个单元内研究非均匀连续的物理量平均行为和响应Lemaitre（1971）建议某些典型材料代表体元的尺寸为：金属材料0.1mm×0.1mm×0.1mm高分子及复合材料1mm×1mm×1mm木材10mm×10mm×10mm混凝土材料100mm×100mm×100mm连续损伤力学中的代表性体积单元Kachanov（1958）材料劣化的主要机制是由于缺陷导致有效承载面积的减少，提出用连续度来描述材料的损伤Rab

5、otnov（1963）损伤度D无损状态下的真实应力一维情形讨论在各向同性损伤的情形,退化为双标量损伤模型连续损伤力学用不可逆过程热力学内变量来描述材料内部结构的劣化，不一定要细致考虑这种变化的机制。损伤变量仅是材料性能劣化的相对度量的表征损伤本构方程可以利用等效性假设也可以根据不可逆热力学理论基于等效性假设的损伤本构方程Lemaitre（1971）损伤材料的本构关系与无损状态下的本构关系形式相同，只是将其中的真实应力换成有效应力。一维情形三维情形标量损伤与双标量损伤:12不可逆热力学基本方程Clausius-Duhamel不等式和D为内变量损伤过程中的损伤耗散功率损伤材料存

6、在一个应变能密度和一个耗散势利用它们，可以导出损伤－应变耦合本构方程、损伤应变能释放率方程（即损伤度本构方程）和损伤演化方程的一般形式热力学第二定律限定损伤耗散功率非负值损伤过程是不可逆假定存在一个耗散势根据内变量的正交流动法则导出损伤演化方程应变-损伤耦合本构方程的不可逆热力学推导Taylor级数表示损伤演化方程利用耗散势,耗散势需要由经验和实验确定Kachanov（1958）连续度表示的一维损伤演化方程等价于以损伤度表示的损伤演化方程Chaboche对于高周疲劳提出的损伤演化方程损伤本构方程引入损伤变量作为内变量用连续介质力学的理论求解边值问题利用等效性应变等效性假设对

7、受损弹脆性材料，在真实应力作用下，受损状态的应变等效于在有效应力作用下虚拟元状态的应变。损伤材料的本构关系与无损状态下的本构关系形式相同，只是将其中的真实应力换成有效应力。各向同性弹脆性损伤材料的应力－应变本构方程与损伤应变能释放率方程一维情形三维情形有效Lame常数可定义有效泊松比双标量损伤损伤本构方程等效性假设还包括应力等效假设与弹性能等效假设等几点讨论它说明由应变等效原理建立的损伤本构方程一般是一个近似方程小结一是定义损伤变量并将其视为内变量引入到材料的本构方程中，发展含损伤内变量的本构理论二是寻找基于试验结