损伤的概念和理论基础

经典的固体力学理论虽然完备地描述了无损伤 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 材料的力学性能（弹性、粘弹性、塑性、粘塑性等）， 然而，材料或构件的工作过程就是不断损伤的过程， 用无损材料的本构关系描绘受损材料的力学性能显然 是不合理的。
损伤力学旨在建立受损材料的本构关系、解释材 料的破坏机理、建立损伤的演变方程、计算构件的损 伤程度、从而达到预估其剩余寿命的目的。因此，它 是经典的固体力学理论的发展和补充。
Kachanov在1958年研究金属蠕变过程断裂时，首 次引入了“连续性因子”和“有效应力”的概念来描 述低应力脆性蠕变损伤。
Rabotnov在1963年进一步引入了“损伤因子”的 概念。他们采用连续介质力学的唯象方法来研究材料 蠕变损伤破坏过程。
Janson、Hult于1977年提出了损伤力学（damage mechanics）的新名词。
对损伤的研究，主要是在连续介质力学和热力学 的基础上，用固体力学的方法，研究材料或构件宏观 力学性能的演变直至破坏的全过程，从而形成了固体 力学中一个新的分支--损伤力学。
2）损伤力学与相关学科的关系 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 长期以来，人们对材料和构件宏观力学性能的劣
化直至破坏过程的机理、本构关系、力学模型和计算 方法都非常重视，并且用各种理论和方法进行了研究。
损伤力学的内容资料和仅供参方考,不当法之处，请，联系改既正。 联系和发源于古典的 材料力学和断裂力学，又是它们的必然发展和必要补 充。损伤力学主要研究宏观可见缺陷或裂纹出现以前 的力学过程，含宏观裂纹物体的变形以及裂纹的扩展 的研究则是断裂力学的内容。所以人们常将损伤力学 与断裂力学联结在一起，构成破坏力学或破坏理论的 主要内容。
微缺陷的存在与扩展，是使构件的强度、刚度、 韧性下降或剩余寿命降低的原因。
* 损 伤：在外载和环境的作用下，由于细观结构的 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 缺陷（如微裂纹、微空洞）引起的材料与结构的劣化 过程，称为损伤。
** 损伤力学： 研究含损伤材料的性质（应力、应 变），以及在变形过程中损伤的演化发展直至破坏 （微裂纹的萌生、扩展或演变、体积元的破裂、宏观 裂纹形成、裂纹的稳定扩展和失稳扩展）力学过程的 学科。
70年代后期，法资国料仅供的参考,不L当之e处，m请联系a改i正t。re、Chaboche、美国 的Krempl、Krajcinovic、日本的Murakami（村上澄 南）、瑞典的Hult、英国的Hayhurst和Leckie等人采 用连续介质力学的方法，把损伤因子进一步推广为一 种场变量，逐渐形成了“连续介质损伤力学”这一门 新的学科。
附近及其它区域的应力和应变都有影响。
耦合的计算方法
损伤理论，是将固体物理学、材料强度理论和 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 连续介质力学统一起来进行研究的。因此，用损伤理 论导得的结果，既反映材料微观结构的变化，又能说 明材料宏观力学性能的实际变化状况，而且计算的参 数还应是宏观可测的，这一定程度上弥补了微观研究 和断裂力学研究的不足，也为这些学科的发展和相互 结合开拓了新的前景。
* 与细观力学的关系 细观力学是直接研究材料的细观组元（即材料在
光学或常规电子显微镜下可见的微细结构），利用多 重尺度的连续介质力学的方法来研究经过某种统计平 均处理的细观特征，并需借助电子计算机巨大的运算 能力和容量，才能模拟较复杂介质的力学行为。
损伤力学不分别考虑某个微细缺陷，如位错、 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 微孔洞、微裂纹等的影响，而是通过引入“损伤变量” 来描述分布于整个材料介质内部的微细缺陷损伤，研 究的重点是材料内部损伤的产生和发展引起的受损材 料的宏观力学行为的变化。
1980年5月，国际理论与应用力学联合会(IUTAM) 在美国Cincinnati举办“有关损伤与寿命预测的连续 介质方法”讨论班，之后已召开了多次有关损伤力学 的重要国际会议和讨论班。
损伤力学已在工程实际中成功地得到应用，解决 了核电站管接头的低周疲劳、飞机涡轮发动机叶片和 涡轮盘的蠕变疲劳、混凝土梁的断裂、金属塑性成形 及复合材料压力容器损伤监测等工程问题。
第一节 损伤力学简介 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
1）损伤与损伤力学的概念 《辞海》：损伤是指身体某部受到外力的作用而
使组织、器官的结构遭受破坏或其功能发生障碍。其 中外力可为机械性、物理性和化学性三种。
材料和工程构件，从毛坯制造到加工成形的过程 中，不可避免地会使构件的内部或表面产生微小的缺 陷（如小于1mm的裂纹或空隙等）。在一定的外部因 素（载荷、温度变化以及腐蚀介质等）作用下，这些 缺陷会不断扩展和合并，形成宏观裂纹。裂纹继续扩 展后，最终可能导致构件或结构的断裂破坏。
损伤力学、断裂力学和细观力学都是研究不可 逆的破坏过程的科学，它们三者组成了从细观尺度直 至宏观尺度描述材料破坏过程的破坏理论科学。
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3）损伤力学的发展历史 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 损伤力学是近20年发展起来的一门新学科，是材
料与结构的变形与破坏理论的重要组成部分。
与断裂力学的关系： * 无耦合的分析方法： 70年代末，损伤力学限制在只 研究材料在宏观裂纹出现以前的阶段，当宏观裂纹出 现以后则用断裂力学的理论和方法进行研究。
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无耦合的分析方法
* 耦合的计算方法
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当宏观裂纹出现以后，材料的损伤对裂纹尖端
材料和物理学家从微观的角度研究微缺陷产生的 扩展的机理，但所得的结Fra Baidu bibliotek不易与宏观力学量相联系。
力学工作者则着眼于宏观分析，其中最常用的是 断裂力学的理论和方法。裂断力学主要研究裂纹尖端 附近的应力场和应变场、能量释放率等，以建立宏观 裂纹起裂、裂纹的稳定扩展和失稳扩展的判据。
但断裂力学无法分析宏观裂纹出现前材料中的微 缺陷或微裂纹的形成与发展对材料力学性能的影响， 而且许多微缺陷或微裂纹并不都能简化为宏观裂纹。