损伤力学专业知识讲座.pptx

损伤力学理论西南交通大学力学与工程学院10:19第1页 课程内容绪论（损伤力学基本概念、分类等）一维损伤理论三维各向同性损伤理论10:19第2页 课程内容绪论（损伤力学基本概念、分类等）损伤、损伤力学损伤、损伤力学分类损伤力学研究办法一维损伤理论10:19第3页 绪论：损伤力学基本概念材料损伤在外载或环境作用下，由于材料细观构造缺陷，如微裂纹、微空洞等，引发材料或者构造劣化过程。损伤力学是研究含损伤介质材料性质，以及在变形过程中损伤演化、发展，直至材料或构造破坏力学过程学科。10:19第4页 绪论：损伤分类10:19按照材料变形和状态辨别（狭义上分类）弹性损伤、塑性损伤、蠕变损伤、疲劳损伤、动态损伤、腐蚀损伤、辐照损伤、剥落损伤等。弹性损伤：弹性材料中应力作用而造成损伤。材料发生损伤后没有显著不可逆变形，又称为弹脆性损伤；塑性损伤：塑性材料中由于应力作用而引发损伤。要产生残余变形。蠕变损伤：材料在蠕变过程中产生损伤，也称为粘塑性损伤。此类损伤大小是时间函数。第5页 绪论：损伤分类10:19按照材料变形和状态辨别（狭义上分类）疲劳损伤：由应力反复作用而引发，为其循环次数函数，往往又与应力水平、应力幅等有关；动态损伤：在动态载荷如冲击载荷作用下，材料内部会有大量微裂纹形成并扩展。这些微裂纹数目非常多，但一般得不到很大扩展（由于载荷时间非常断，经常是几个微秒）。但当某一截面上充满微裂纹时，断裂就发生了；腐蚀损伤：腐蚀引发材料性能减少、截面积减少等辐照损伤：辐照引发材料性能变化剥落损伤：材料剥落引发有效材料减少第6页 绪论：损伤分类10:19按照宏观材料变形特性分类（广义上分类）脆性损伤、韧性损伤和准脆性损伤脆性损伤：材料在变形过程中存在为裂纹萌生与扩展；韧性损伤：材料在变形过程中存在为孔洞萌生、长大、汇合和发展等；准脆性损伤：介于以上二者之间。第7页 绪论：损伤力学分类10:19按研究损伤办法分类连续损伤力学细观损伤力学基于细观唯象损伤理论按表征损伤方式分类能量损伤理论几何损伤理论第8页 绪论：损伤力学分类10:19连续损伤力学（Continuum Damage Mechanics, CDM） 研究思想：将具有离散构造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产生、发展到出现宏观裂纹过程，唯像地导出材料损伤本构方程，形成损伤力学初、边值问题，然后采取连续介质力学办法求解。特点：重视损伤对材料宏观性质影响，以及材料和构造损伤演化过程和规律，忽视损伤演化细观机理和力学过程。第9页 绪论：损伤力学分类10:19连续损伤力学（Continuum Damage Mechanics, CDM） 研究过程：选用物体内某点代表性体积单元定义损伤变量建立损伤演化方程建立损伤本构方程根据初始条件、边界条件求解，判断各点损伤状态、建立破坏准则第10页 绪论：损伤力学分类10:19细观损伤力学（Meso-Damage Mechanics, MDM） 研究思想：根据材料细观成份单独力学行为，如基体、夹杂、微裂纹、微孔洞和剪切带等，采取某种均匀化办法，将非均质细观组织性能转化为材料宏观性能，建立分析计算理论。特点：重视组分缺陷单独力学行为，在组分缺陷种类多或者缺陷数量大情形下，演化过程复杂，计算量大。第11页 绪论：损伤力学分类10:19细观损伤力学（Meso-Damage Mechanics, MDM） 研究过程：选用物体内某点代表性体积单元，需满足尺度双重性应用连续介质力学及热力学来分析细观中损伤演化、有关变形等通过细观尺度上平均化办法将细观成果反应到宏观本构、损伤演化、断裂等行为上第12页 绪论：损伤力学分类10:19基于细观唯象损伤力学（Meso-Continuum Damage Mechanics, MCDM） 研究思想：结合连续损伤力学和细观损伤力学主要思想建立损伤材料宏细微观结合本构理论，把宏观力学行为和细观损伤演化联系起来，即表征宏观损伤参量能对应细观损伤演化与累积。特点：在唯象理论框架内包括细观损伤演化信息，由于宏微观结合复杂性，只适用于含单一或者特定缺陷研究对象。第13页 绪论：损伤力学分类10:19基于细观唯象损伤力学（Meso-Continuum Damage Mechanics, MCDM） 研究过程：前面二者结合第14页 绪论：损伤力学分类10:19按表征损伤方式分类能量损伤理论由勒梅特(J. Lemaitre)等创建，以连续介质力学和热力学为基础，将损伤视为能量转换过程，是不可逆由自由能和耗散势导出损伤本构关系和损伤演化方程几何损伤理论由村上澄男(Sumio Murakami)等创建，以为损伤是由于材料内部微缺陷引发损伤大小和演化与材料中微缺陷尺寸、形状、密度及其分布有关第15页 绪论：损伤力学研究过程