损伤力学PPT课件优质PPT.ppt

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研究对象是刚体。

研究力及其与运动一般力学：

研究力及其与运动的关系。

分支学科有理论力学，分析力学等。

的关系。

固体力学：

研究对象是可变形固体。

研究固体材料固体力学：

研究固体材料变形、流动和断裂时的力学响应。

其分支学科有：

变形、流动和断裂时的力学响应。

弹性力学、弹性力学、塑性力学、弹塑性力学、粘弹性力学、塑性力学、弹塑性力学、粘弹性力学、损伤力学损伤力学、断裂力学、板壳理论等断裂力学、板壳理论等。

流体力学：

研究对象是液体，如气体或液体。

分流体力学：

分支学科涉及到水力学、空气动力学等。

支学科涉及到水力学、空气动力学等。

破坏力学的发展破坏力学的发展破坏力学发展的三个阶段破坏力学发展的三个阶段古典强度理论：

古典强度理论：

以强度为指标以强度为指标断裂力学：

断裂力学：

以韧度为指标以韧度为指标损伤力学：

损伤力学：

以渐进衰坏为指标以渐进衰坏为指标损伤力学定义损伤力学定义细细（微微）结构结构不可逆劣化不可逆劣化（衰坏衰坏）过程过程引起的引起的材料材料（构件构件）性能变化性能变化变形破坏的力学规律变形破坏的力学规律传统材料力学的传统材料力学的强度强度问题问题o两大假设：

两大假设：

均匀、连续均匀、连续断裂力学的断裂力学的韧度韧度问题问题o均匀性假设仍成立，但且仅在缺陷处均匀性假设仍成立，但且仅在缺陷处不连续不连续损伤力学的评定方法损伤力学的评定方法o均匀性和连续性假设均不成立均匀性和连续性假设均不成立一、损伤力学的定义一、损伤力学的定义DamageMechanicsDamageMechanicsContinuumDamageMechanics（CDM）ContinuumDamageMechanics（CDM）损伤力学研究材料在损伤阶段的力学行为及相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。

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与断裂力学的关系o损伤力学分析材料从变形到破坏，损伤逐渐积累的整个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。

过程；

损伤力学的应用损伤力学的应用二、损伤力学研究的范围和主要内容二、损伤力学研究的范围和主要内容损伤力学损伤力学破坏预报破坏预报寿命预报寿命预报初边值问题、变初边值问题、变分问题分问题损伤变量的定义、损伤变量的定义、测量测量本构方程与演化本构方程与演化方程方程损伤力学解决的基本问题损伤力学解决的基本问题o如何从物理学、热力学和力学的观点来阐明和描述损伤，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、适用的损伤变量引入简便、适用的损伤变量o如何检测损伤、监测损伤发展规律、建立损伤演变方程如何检测损伤、监测损伤发展规律、建立损伤演变方程o如何建立初始损伤条件和损伤破坏准则如何建立初始损伤条件和损伤破坏准则o如何描述和建立损伤本构关系如何描述和建立损伤本构关系o如何将损伤力学的理论分析应用于工程实际问题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的定义损伤是指材料在冶炼、冷热工艺过程、载荷、温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。

能的劣化，最终形成宏观开裂或材料破坏。

o细观的、物理学细观的、物理学损伤是材料组分晶粒的位错、微孔栋、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。

为裂隙等微缺陷形成和发展的结果。

o宏观的、连续介质力学宏观的、连续介质力学损伤是材料内部微细结构状态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。

的一种不可逆的、耗能的演变过程。

各种材料的损伤机理各种材料的损伤机理o金属材料：

位错运动、晶间开裂金属材料：

位错运动、晶间开裂o聚合物：

分子长链之间的键带破坏聚合物：

分子长链之间的键带破坏o复合材料：

纤维与基体之间的脱键复合材料：

纤维与基体之间的脱键o陶瓷：

夹杂物与基体间的微分离陶瓷：

夹杂物与基体间的微分离o混凝土：

集料与水泥之间的分离混凝土：

集料与水泥之间的分离金属材料的损伤机理金属材料的损伤机理o在剪应力作用下，原子间的结合键发生位错运动，从而在剪应力作用下，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。

生微裂纹核。

o晶间开裂晶间开裂o夹杂物与基体间的分离夹杂物与基体间的分离位错运动对材料断裂有两方面的作用：

位错运动对材料断裂有两方面的作用：

引起塑性形变，导致应力松弛和抑制裂纹扩展；

位错运动受阻，导致应力集中和裂纹成核。

例如：

位错塞积群的前端，可产生使裂纹开裂的应力集例如：

位错塞积群的前端，可产生使裂纹开裂的应力集中。

中。

位错型缺陷引起微裂纹位错型缺陷引起微裂纹位错塞积模型位错塞积模型滑移带前端有障碍物，领先位错到达时，受阻而停止不前；

滑移带前端有障碍物，领先位错到达时，受阻而停止不前；

相继释放出来的位错最终导致位错源的封闭；

在障碍物前形成一个位错塞积群，导致裂纹成核。

位错反应位错反应（101）（101）（001）两个滑移带上位错的聚合两个滑移带上位错的聚合形成裂口形成裂口位错墙侧移位错墙侧移刃形位错垂直排列刃形位错垂直排列位错墙位错墙滑移面弯折滑移面弯折外力作用外力作用晶体滑移晶体滑移位错墙側移位错墙側移滑移面上生成裂纹。

滑移面上生成裂纹。

晶间开裂晶间开裂穿晶断裂穿晶断裂沿晶断裂沿晶断裂许许多多聚聚合合物物，尤尤其其是是玻玻璃璃态态透透明明聚聚合合物物如如聚聚苯苯乙乙烯烯、有有机机玻玻璃璃、聚聚碳碳酸酸酯酯等等，在在存存储储及及使使用用过过程程中中，由由于于应应力力和和环环境境因因素素的的影影响响，表表面面往往往往会会出出现现一一些些微微裂裂纹纹。

这这些些裂裂纹纹的的平平面面能能强强烈烈反反射射可可见见光光，形形成成银银色色的的闪闪光光，故故称称为为银银纹纹，相相应应的的开开裂裂现现象象称称为为银银纹化现象。

纹化现象。

银纹损伤银纹损伤拉伸试样在拉断前产生银纹化现拉伸试样在拉断前产生银纹化现象，银纹方向与应力方向垂直象，银纹方向与应力方向垂直损伤的分类损伤的分类宏观（变形状态）：

宏观（变形状态）：

弹性损伤弹性损伤弹塑性损伤弹塑性损伤蠕变损伤蠕变损伤疲劳损伤疲劳损伤微观（损伤形式）：

微观（损伤形式）：

微裂纹损伤（微裂纹损伤（micro-crack）微孔洞损伤（微孔洞损伤（micro-void）剪切带损伤（剪切带损伤（shearbond）界面（界面（interface）弹脆性损伤弹脆性损伤：

岩石、混凝土、复合材料、低温金属：

岩石、混凝土、复合材料、低温金属弹塑性损伤弹塑性损伤：

金属、复合材料、聚合物的基体，滑移界面：

金属、复合材料、聚合物的基体，滑移界面（裂纹、裂纹、缺口、孔洞附近细观微空间缺口、孔洞附近细观微空间），颗粒的脱胶，颗粒微裂纹引起微空，颗粒的脱胶，颗粒微裂纹引起微空洞形核、扩展洞形核、扩展剥落剥落（散裂散裂）损伤损伤：

冲击载荷引起弹塑性损伤；

细观孔洞、微裂纹：

细观孔洞、微裂纹均匀分布孔洞扩展与应力波耦合均匀分布孔洞扩展与应力波耦合疲劳损伤疲劳损伤：

重复载荷引起穿晶细观表面裂纹；

低周疲劳分布裂：

低周疲劳分布裂纹纹蠕变损伤蠕变损伤：

由蠕变的细观晶界孔洞形核、扩展，主要由于晶界滑：

由蠕变的细观晶界孔洞形核、扩展，主要由于晶界滑移、扩散移、扩散蠕变疲劳损伤蠕变疲劳损伤：

高温、重复载荷引起损伤，晶间孔洞与穿晶裂：

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纹的非线性耦合腐蚀损伤腐蚀损伤：

点蚀、晶间腐蚀、晶间孔洞与穿晶裂纹的非线性耦合：

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辐照损伤：

中子、射线的辐射，原子撞击引起的损伤，孔洞形核、：

中子、射线的辐射，原子撞击引起的损伤，孔洞形核、成泡、肿胀成泡、肿胀脆性损伤脆性损伤o当萌生一个细观裂纹而当萌生一个细观裂纹而无宏观塑性应变时的损无宏观塑性应变时的损伤。

伤。

o塑性应变小于弹性应变，塑性应变小于弹性应变，即解理力小于产生滑移即解理力小于产生滑移的力但大于脱键力。

的力但大于脱键力。

特征：

损伤局部化程度较高。

延性损伤延性损伤o拉伸时以拉伸时以“颈缩颈缩”为先导。

为先导。

o细颈中心承受三向拉应力细颈中心承受三向拉应力,微空洞微空洞cavitycavity首先在此形成首先在此形成,随后长大聚合成裂纹随后长大聚合成裂纹,最终最终