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损伤力学 课程主要内容 损伤力学简介 一维损伤理论 几何损伤理论 损伤力学的连续介质热力学理论 经典损伤模型 教材及参考书 损伤力学基础，李灏著，山东科学技术出版社，1992 损伤力学，余寿文，冯西桥编著，清华大学出版社，1997 损伤理论及其应用，余天庆，钱济成，国防工业出版社，1993 损伤力学教程, J.勒迈特著,倪金刚等译,科学出版社,1996 损伤力学及其应用,李兆霞编著,科学出版社,2002 第一章 损伤力学简介 力学学科的分类 破坏力学的发展 破坏力学发展的三个阶段 古典强度理论： 以强度为指标 断裂力学： 以韧度为指标 损伤力学： 以渐进衰坏为指标 损伤力学定义 细(微)结构 不可逆劣化(衰坏)过程 引起的 材料(构件)性能变化 变形破坏的力学规律 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 损伤力学的评定方法 均匀性和连续性假设均不成立 一、损伤力学的定义 Damage Mechanics Continuum Damage Mechanics (CDM) 损伤力学研究材料在损伤阶段的力学行为及相应的边值问题。它系统地讨论微观缺陷对材料的机械性能、结构的应力分布的影响以及缺陷的演化规律。主要用于分析结构破坏的整个过程，即微裂纹的演化、宏观裂纹的形成直至结构的破坏。 损伤力学与断裂力学的关系 损伤力学分析材料从变形到破坏，损伤逐渐积累的整个过程；断裂力学分析裂纹扩展的过程。 损伤力学的应用 二、损伤力学研究的范围和主要内容 损伤力学解决的基本问题 如何从物理学、热力学和力学的观点来阐明和描述损伤，引入简便、适用的损伤变量 如何检测损伤、监测损伤发展规律、建立损伤演变方程 如何建立初始损伤条件和损伤破坏准则 如何描述和建立损伤本构关系 如何将损伤力学的理论分析应用于工程实际问题 损伤的定义 损伤是指材料在冶炼、冷热工艺过程、载荷、温度、环境等的作用下，其微细结构发生变化，引起微缺陷成胚、孕育、扩展和汇合，从而导致材料宏观力学性能的劣化，最终形成宏观开裂或材料破坏。 细观的、物理学—损伤是材料组分晶粒的位错、微孔栋、为裂隙等微缺陷形成和发展的结果。 宏观的、连续介质力学—损伤是材料内部微细结构状态的一种不可逆的、耗能的演变过程。 各种材料的损伤机理 金属材料：位错运动、晶间开裂 聚合物：分子长链之间的键带破坏 复合材料：纤维与基体之间的脱键 陶瓷：夹杂物与基体间的微分离 混凝土：集料与水泥之间的分离 金属材料的损伤机理 在剪应力作用下，原子间的结合键发生位错运动，从而导致材料发生塑性应变。位错运动被某一微缺陷或微应力集中所终止，将产生一个约束区。位错的多次终止产生微裂纹核。 晶间开裂 夹杂物与基体间的分离 晶间开裂 损伤的分类 宏观（变形状态）： 弹性损伤 弹塑性损伤 蠕变损伤 疲劳损伤 微观（损伤形式）： 微裂纹损伤（micro-crack） 微孔洞损伤（micro-void） 剪切带损伤（shear bond） 界面（interface） 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－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 脆性损伤 当萌生一个细观裂纹而无宏观塑性应变时的损伤。 塑性应变小于弹性应变，即解理力小于产生滑移的力但大于脱键力。 特征：损伤局部化程度较高。 延性损伤 拉伸时以“颈缩” 为先导。 细颈中心承受三向拉应力, 微空洞cavity首先在此形成, 随后长大聚合成裂纹, 最终在细颈边缘处,沿与拉伸轴45o方向被剪断, 形成“杯锥”断口。 损伤与大于某一门槛值的塑性应变同时发生。 蠕变损伤 金属在高温下承载时，塑性应变中包含了粘性。 应变足够大时，产生沿晶开裂而引起损伤。 通过蠕变使应变率有所增