超损伤力学讲义

第六章 连续损伤力学
第一节 弹脆性损伤理论 第二节 粘脆性(蠕变)损伤理论 第三节 弹塑性损伤理论 第四节 疲劳损伤理论
第一节 弹脆性损伤理论
1）弹性各向同性损伤模型 对于等温和线弹性情况下的弹性各向同性损伤材
料，由于塑性变形很小、温度梯度为零，因此耗散不 等式变为：
R 0
其中损伤扩展力R的含义是表征材料提供产生新的弹 脆性损伤的能力，数量上等于损伤扩展所耗散的能量 密度。因此， R也可称为损伤能量释放率密度。
金属材料在恒定单轴拉伸应力下的典型蠕变曲线 由OACDEF表示，常可分为3阶段： * 第1阶段是减速蠕变（CD段），应变率随时间连续 降低。
* 第2阶段是稳定蠕变（DE段），应变率近似常数， 应变随时间线性增大。 * 第3阶段是加速蠕变（EF段），应变率随时间迅速 加大，最后发生材料破坏。
实际上，材料在不同的应力水平或不同的温度环 境下，可能处于不同蠕变阶段，具有不同的蠕变机制 和微结构变化。
1
nm
t fi

n 1
A
I
n 0
h0

例2 等矩形截面梁受一般弯曲
设弯矩M=M（x），x是沿梁长度方向的坐标，有 应力场：
x, y M x y1 m
I0
积分损伤演变主程，可得：
x, y,t

1
n
1
A
M
n
I
n 0
x
损伤准则和破坏准则，也可推广到三维的情况。
4）损伤演化方程
（1）Kachanov方程
Kachnov于1958年在研究最简单的单轴拉伸脆性 损伤破坏时，提出以下损伤演变方程：


A(

损伤力学概述
损伤力学是研究材料或结构在外部加载下发生损伤、破坏的科学。

它研究材料或结构在受力时，从初始状态到完全破坏的过程，包括损伤的形成、演化和扩展等。

损伤力学的研究对象包括金属、复合材料、岩石等各种工程材料和结构。

损伤力学的研究内容包括损伤模型的建立、损伤演化规律的描述、损伤扩展的预测等。

损伤力学的基本原理是将材料或结构看作是由许多微观单元组成的，当外部加载作用于材料或结构时，微观单元之间会发生断裂、剪切等破坏行为。

根据损伤力学的理论，可以通过对微观单元的损伤行为进行描述和分析，来预测材料或结构的损伤演化和扩展情况。

损伤力学的应用广泛，可以用于预测工程材料和结构在实际工况下的损伤行为，为工程设计和结构安全评估提供依据。

在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域，损伤力学的研究成果被广泛应用于材料选择、结构设计和寿命评估等方面。

谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
损伤与断裂力学知识点
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。

选择合适的试样和材料
根据研究目的选择具有代表性的试样和材料， 确保实验结果的可靠性。
设计实验载荷和环境条件
根据研究目的和试样特性，设计适当的实验载荷和环境条件，如温度、湿度等 。
实验过程与数据分析
进行实验操作
严格按照实验设计进行实验操作，确保数据的准确性 和可靠性。
数据采集和处理
在实验过程中实时记录数据，并进行必要的处理和分 析，提取关键信息。
新材料性能要求高
新型材料往往具有更高的强度、轻质、耐高 温等特性，但同时也可能存在更复杂的断裂 行为和损伤机制，需要更深入的探究。
多场耦合下的损伤断裂问题
多场耦合现象普遍存在
在工程实际中，许多结构会受到多种物理场的作用，如温度场、压力场、磁场等，这些 场的相互作用会对材料的损伤和断裂产生影响。
多场耦合效应复杂
有限元法可以处理复杂的几何形状和边界条件，适用于各 种类型的材料和结构，具有较高的计算精度和稳定性。
有限元法在损伤断裂力学中广泛应用于模拟材料的断裂和 损伤行为，可以预测裂纹的扩展路径、应力强度因子等重 要参数。
边界元法
边界元法是一种基于边界积分的数值模拟方法，通过将问题转化为边界积 分方程，然后利用离散化的方法求解。
02
CATALOGUE
损伤断裂力学的基本理论
损伤理论
损伤定义
01
损伤是材料在服役过程中受到的不可逆变化，包括微裂纹、晶
界滑移等。
损伤分类
02
根据损伤程度和形态，可分为表面损伤和内部损伤，其中内部
损伤又可分为微裂纹和晶界损伤等。
损伤演化
03
损伤演化是指材料在服役过程中损伤不断扩大和发展的过程，
包括裂纹扩展、界面分离等。