损伤力学(推荐完整)
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绪论：损伤力学的分类
基 于 细 观 的 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 建立损伤材料的宏细微观结合的本构理论，把宏观力
学行为和细观损伤演化联系起来，即表征宏观的损伤参量 能对应细观的损伤演化与累积。
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绪论：损伤的分类
按照宏观的材料变形特征分类（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的萌生与扩展； 韧性损伤：材料在变形过程中存在为孔洞的萌生、长大、汇
合和发展等； 准脆性损伤：介于以上二者之间。
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绪论：损伤力学的分类
按研究损伤方法分类 连续损伤力学 细观损伤力学 基于细观的唯象损伤理论
特点：在唯象的理论框架内包含细观损伤演化的信息，由 于宏微观结合的复杂性，只适用于含单一或者特定缺陷的 研究对象。
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绪论：损伤力学的分类
基 于 细 观 的 唯 象 损 伤 力 学 （ Meso-Continuum Damage Mechanics, MCDM） 研究过程：前面二者的结合
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绪论：损伤变量
对损伤变量的理解
特点：注重损伤对材料宏观性质的影响，以及材料和结构 损伤演化的过程和规律，忽略损伤演化的细观机理和力学 过程。
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绪论：损伤力学的分类
连续损伤力学（Continuum Damage Mechanics, CDM） 研究过程： 1. 选取物体内某点的代表性体积单元 2. 定义损伤变量 3. 建立损伤演化方程 4. 建立损伤本构方程 5. 根据初始条件、边界条件求解，判断各点的损伤状态、 建立破坏准则
损伤力学理论
西南交通大学 力学与工程学院
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课程内容
绪论（损伤力学的基本概念、分类等） 一维损伤理论 三维各向同性损伤理论
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课程内容
绪论（损伤力学的基本概念、分类等）
– 损伤、损伤力学 – 损伤、损伤力学的分类 – 损伤力学的研究方法
一维损伤理论
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绪论：损伤力学的基本概念
弹性损伤：弹性材料中应力作用而导致的损伤。材料发生损 伤后没有明显的不可逆变形，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起的损伤。要产生 残余变形。
蠕变损伤：材料在蠕变过程中产生的损伤，也称为粘塑性损 伤。这类损伤的大小是时间的函数。
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绪论：损伤的分类
按照材料变形和状态区分（狭义上分类） 疲劳损伤：由应力重复作用而引起的，为其循环次数的函数，
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绪论：损伤力学的分类
细观损伤力学（Meso-Damage Mechanics, MDM） 研究过程： 1. 选取物体内某点的代表性体积单元，需满足尺度的双重 性 2. 应用连续介质力学及热力学来分析细观中损伤演化、相 关变形等 3. 通过细观尺度上的平均化方法将细观结果反映到宏观本 构、损伤演化、断裂等行为上
Hale Waihona Puke Baidu13:39
绪论：损伤力学的分类
细观损伤力学（Meso-Damage Mechanics, MDM） 研究思想：根据材料细观成分的单独的力学行为，如基体、 夹杂、微裂纹、微孔洞和剪切带等，采用某种均匀化方法， 将非均质的细观组织性能转化为材料的宏观性能，建立分 析计算理论。 特点：注重组分缺陷单独的力学行为，在组分缺陷种类多 或者缺陷数量大的情形下，演化过程复杂，计算量大。
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
量的微裂纹形成并扩展。这些微裂纹的数目非常多，但一般 得不到很大的扩展（因为载荷时间非常断，常常是几个微 秒）。但当某一截面上布满微裂纹时，断裂就发生了； 腐蚀损伤：腐蚀引起材料性能降低、截面积减少等 辐照损伤：辐照引起材料性能变化 剥落损伤：材料剥落引起有效材料的减少
按表征损伤方式分类 能量损伤理论 几何损伤理论
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绪论：损伤力学的分类
连续损伤力学（Continuum Damage Mechanics, CDM）
研究思想：将具有离散结构的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的过程，唯像地导出材料的损伤本构 方程，形成损伤力学的初、边值问题，然后采用连续介质 力学的方法求解。
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绪论：损伤力学的研究过程
初/边值问题 变分提法
应用：破坏预估、 寿命预计
损伤 力学
损伤变量： 定义、测量
本构方程和 演化方程
(1)唯象理论 (2)细观理论 (3)二者结合
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绪论：损伤力学的研究过程
研究过程原则上分为4步 1. 选择表征损伤的合适状态变量：损伤变量 2. 确定损伤变量的演化方程和本构关系 3. 形成损伤力学的初/边值问题或变分问题的数学提法 损伤演化方程损伤本构关系连续介质力学方程条件 4. 求解应力应变场和损伤场，根据损伤临界条件预估材料 和构件的破坏程度以及使用寿命
材料的损伤
在外载或环境的作用下，由于材料细观结构的缺 陷，如微裂纹、微空洞等，引起的材料或者结构的劣化 过程。
损伤力学
是研究含损伤介质的材料性质，以及在变形过程 中损伤的演化、发展，直至材料或结构破坏的力学过程 的学科。
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绪论：损伤的分类
按照材料变形和状态区分（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。
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绪论：损伤力学的分类
按表征损伤方式分类
能量损伤理论 ✓ 由勒梅特(J. Lemaitre)等创立，以连续介质力学和热力 学为基础，将损伤视为能量的转换过程，是不可逆的 ✓ 由自由能和耗散势导出损伤的本构关系和损伤演化方程
几何损伤理论 ✓ 由村上澄男(Sumio Murakami)等创立，认为损伤是由于 材料内部的微缺陷引起的 ✓ 损伤的大小和演化与材料中微缺陷的尺寸、形状、密度 及其分布有关
绪论：损伤力学的分类
基 于 细 观 的 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 建立损伤材料的宏细微观结合的本构理论，把宏观力
学行为和细观损伤演化联系起来，即表征宏观的损伤参量 能对应细观的损伤演化与累积。
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绪论：损伤的分类
按照宏观的材料变形特征分类（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的萌生与扩展； 韧性损伤：材料在变形过程中存在为孔洞的萌生、长大、汇
合和发展等； 准脆性损伤：介于以上二者之间。
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绪论：损伤力学的分类
按研究损伤方法分类 连续损伤力学 细观损伤力学 基于细观的唯象损伤理论
特点：在唯象的理论框架内包含细观损伤演化的信息，由 于宏微观结合的复杂性，只适用于含单一或者特定缺陷的 研究对象。
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绪论：损伤力学的分类
基 于 细 观 的 唯 象 损 伤 力 学 （ Meso-Continuum Damage Mechanics, MCDM） 研究过程：前面二者的结合
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绪论：损伤变量
对损伤变量的理解
特点：注重损伤对材料宏观性质的影响，以及材料和结构 损伤演化的过程和规律，忽略损伤演化的细观机理和力学 过程。
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绪论：损伤力学的分类
连续损伤力学（Continuum Damage Mechanics, CDM） 研究过程： 1. 选取物体内某点的代表性体积单元 2. 定义损伤变量 3. 建立损伤演化方程 4. 建立损伤本构方程 5. 根据初始条件、边界条件求解，判断各点的损伤状态、 建立破坏准则
损伤力学理论
西南交通大学 力学与工程学院
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课程内容
绪论（损伤力学的基本概念、分类等） 一维损伤理论 三维各向同性损伤理论
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课程内容
绪论（损伤力学的基本概念、分类等）
– 损伤、损伤力学 – 损伤、损伤力学的分类 – 损伤力学的研究方法
一维损伤理论
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绪论：损伤力学的基本概念
弹性损伤：弹性材料中应力作用而导致的损伤。材料发生损 伤后没有明显的不可逆变形，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起的损伤。要产生 残余变形。
蠕变损伤：材料在蠕变过程中产生的损伤，也称为粘塑性损 伤。这类损伤的大小是时间的函数。
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绪论：损伤的分类
按照材料变形和状态区分（狭义上分类） 疲劳损伤：由应力重复作用而引起的，为其循环次数的函数，
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绪论：损伤力学的分类
细观损伤力学（Meso-Damage Mechanics, MDM） 研究过程： 1. 选取物体内某点的代表性体积单元，需满足尺度的双重 性 2. 应用连续介质力学及热力学来分析细观中损伤演化、相 关变形等 3. 通过细观尺度上的平均化方法将细观结果反映到宏观本 构、损伤演化、断裂等行为上
Hale Waihona Puke Baidu13:39
绪论：损伤力学的分类
细观损伤力学（Meso-Damage Mechanics, MDM） 研究思想：根据材料细观成分的单独的力学行为，如基体、 夹杂、微裂纹、微孔洞和剪切带等，采用某种均匀化方法， 将非均质的细观组织性能转化为材料的宏观性能，建立分 析计算理论。 特点：注重组分缺陷单独的力学行为，在组分缺陷种类多 或者缺陷数量大的情形下，演化过程复杂，计算量大。
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
量的微裂纹形成并扩展。这些微裂纹的数目非常多，但一般 得不到很大的扩展（因为载荷时间非常断，常常是几个微 秒）。但当某一截面上布满微裂纹时，断裂就发生了； 腐蚀损伤：腐蚀引起材料性能降低、截面积减少等 辐照损伤：辐照引起材料性能变化 剥落损伤：材料剥落引起有效材料的减少
按表征损伤方式分类 能量损伤理论 几何损伤理论
13:39
绪论：损伤力学的分类
连续损伤力学（Continuum Damage Mechanics, CDM）
研究思想：将具有离散结构的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的过程，唯像地导出材料的损伤本构 方程，形成损伤力学的初、边值问题，然后采用连续介质 力学的方法求解。
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绪论：损伤力学的研究过程
初/边值问题 变分提法
应用：破坏预估、 寿命预计
损伤 力学
损伤变量： 定义、测量
本构方程和 演化方程
(1)唯象理论 (2)细观理论 (3)二者结合
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绪论：损伤力学的研究过程
研究过程原则上分为4步 1. 选择表征损伤的合适状态变量：损伤变量 2. 确定损伤变量的演化方程和本构关系 3. 形成损伤力学的初/边值问题或变分问题的数学提法 损伤演化方程损伤本构关系连续介质力学方程条件 4. 求解应力应变场和损伤场，根据损伤临界条件预估材料 和构件的破坏程度以及使用寿命
材料的损伤
在外载或环境的作用下，由于材料细观结构的缺 陷，如微裂纹、微空洞等，引起的材料或者结构的劣化 过程。
损伤力学
是研究含损伤介质的材料性质，以及在变形过程 中损伤的演化、发展，直至材料或结构破坏的力学过程 的学科。
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绪论：损伤的分类
按照材料变形和状态区分（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。
13:39
绪论：损伤力学的分类
按表征损伤方式分类
能量损伤理论 ✓ 由勒梅特(J. Lemaitre)等创立，以连续介质力学和热力 学为基础，将损伤视为能量的转换过程，是不可逆的 ✓ 由自由能和耗散势导出损伤的本构关系和损伤演化方程
几何损伤理论 ✓ 由村上澄男(Sumio Murakami)等创立，认为损伤是由于 材料内部的微缺陷引起的 ✓ 损伤的大小和演化与材料中微缺陷的尺寸、形状、密度 及其分布有关