损伤的概念与理论基础课件

及复合材料压力容器损伤监测等工程问题。
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1986年，Kachanov出版了第一本有关损伤力学的 专著“Introduction to Continuum Damage Mechanics。
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
耦合的计算方法
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损伤理论，是将固体物理学、材料强度理论和 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。
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PPT学并习交不流 都能简化为宏观裂纹。
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经典的固体力学理论虽然完备地描述了无损伤 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。
* 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。
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损伤力学不分别考虑某个微细缺陷，如位错、 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。
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。
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2）损伤力学与相关学科的关系
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。
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
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* 耦合的计算方法
当宏观裂纹出现以后，材料的损伤对裂纹尖端 附近及其它区域的应力和应变都有影响。
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。
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* 损 伤：在外载和环境的作用下，由于细观结构的 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。
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。
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损伤力学的内容和方法，既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。
第五章 损伤的概念与理论基础
第一节 损伤力学简介 第二节 损伤的唯象特征 第三节 损伤理论基础
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第一节 损伤力学简介
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
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。
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。
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，但所得的结果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
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。
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70年代后期，法国的Lemaitre、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。