材料损伤断裂理论汇总
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概况 破坏力学发展的三个阶段
古典强度理论： 断裂力学： 损伤力学： 以强度为指标 以韧度为指标 以渐进衰坏为指标
• 损伤的概念 • 断裂的概念
由于细观结构(微裂纹、微孔洞、位错等)引起的材料或结构的劣化过程称 为损伤。
由弥散分布的微裂纹串接为宏观裂纹，再由宏观裂纹演化至灾难性失稳裂 纹，这一过程称之为断裂过程。
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线弹性弹性断裂力学理论
线弹性断裂力学的基本理论包括： Griffith理论，即能量释放率理论； Irwin理论，即应力强度因子理论。
一、Griffith理论
1913年，Inglis研究了无限大板中含有一个穿透板厚 的椭圆孔的问题，得到了弹性力学精确分析解，称之为 Inglis解。1920年，Griffith研究玻璃与陶瓷材料脆性断 裂问题时，将Inglis解中的短半轴趋于0，得到Griffith 裂纹。
（1）线弹性断裂力学---当裂纹尖端塑性区的尺寸远小于裂纹长度，可根据线弹性理论 来分析裂纹扩展行为。
（2）弹塑性断裂力学---当裂纹尖端塑性区尺寸不限于小范围屈服，而是呈现适量的塑 性，以弹塑性理论来处理。
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概况
关于损伤破坏的图片
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概况
关于断裂破坏的图片
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混凝土损伤力学的研究现状
损伤力学是研究混凝土构件中宏观裂纹出现前材料的力学行为 ，按照荷载形式的不同，可以将损伤理论分为静力损伤模型和动力 损伤模型。静力损伤本构模型主要有 Marzars模型,Krajcinovic模型 和 Sidoroff模型等。动力损伤模型分两类: 1) 结构受周期性循环荷载作用； 2) 结构受到加载速率很大的荷载作用，主要模型有Sauris模型、 Bui 模型、Henty模型等。
材料损伤断裂理论
18:08:00
大纲
概况 线弹性断裂力学理论
弹塑性断裂力学理论
材料细观损伤理论 总结
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概况
断裂损伤力学是固体力学的一个分支，是断裂力学和损伤力 学的简称。断裂力学是研究含裂纹固体介质的强度和裂纹扩展规律 的学科，它采用均匀性假设，且假设仅在材料缺陷处不连续;损伤 力学是研究材料内部存在错位“夹杂”微裂纹和微孔洞等分布缺陷时 ，在外荷载作用下损伤的Hale Waihona Puke Baidu化规律及其对力学性能的影响，二者共 同描述了结构从原有缺陷到宏观裂纹形成继而断裂的全过程。 1962年 M.Kaplan 首先运用断裂力学方法分析混凝土裂缝.
• 断裂力学研究方法
断裂物理（细微观） 线弹性断裂力学（宏观）（1920~1973） 弹塑性断裂力学（宏观）（1960~1991） 宏微观断裂力学
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概况
两大假设：均匀、连续
均匀性假设仍成立，但且仅在缺陷处不连续
均匀性和连续性假设均不成立 断裂力学的分类： 断裂力学根据裂纹尖端塑性区域的范围，分为两大类：
断裂概念及分类 材料的理论断裂强度 Griffith能量平衡理论 应力强度因子
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线弹性弹性断裂力学理论
按断裂前材料发生塑性变形的程度分类
按断裂机制分类
脆性断裂（如陶瓷、玻璃等） 延性断裂（如有色金属、钢等）
解理断裂（如陶瓷、玻璃等） 剪切断裂（如有色金属、钢等） 疲劳断裂（90%） 腐蚀断裂 氢脆断裂 蠕变断裂 过载断裂及混合断裂
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概况
混凝土断裂力学的研究现状
国内外很多研究学者进行各种断裂模式( 张开型、滑开型、撕开型、复合型) 的 试验研究以及断裂韧度的测试，提出了一系列应力强度因子的计算方法和经验断裂 判据，主要成果有:A.Griffith用弹性体能量平衡的观点研究了玻璃等脆性材料中的裂 纹扩展问题，提出了断裂临界应力作为材料断裂的判据，但模型基于线弹性理论， 仅限于理想脆性材料。1961年 wells提出了弹塑性条件的断裂COD准则: 当裂纹尖端 在荷载作用下张开位移达到临界值时，裂纹就会开裂，若继续增加载荷，达到裂纹 失稳点时，材料就失效破坏。1955年 J.R.Irwin用弹性力学理论分析了裂纹尖端应力 应变场，提出了裂纹尖端附近的强度因子，建立了裂纹强度因子判据。 我国的徐世烺和H.W.reinhardt系统发展了基于裂缝扩展粘聚力的 Kr阻力曲线准 则，建立了实用的双 K断裂准则，可用于描述半脆性材料的裂缝起裂,稳定扩展和失 稳破坏全过程。但主要问题有: 确定双 K 断裂参数的最小尺寸，全级配混凝土双 K 断裂参数的试验，不同强度等级混凝土及不同级配混凝土软化本构关系，不同强度 等级混凝土及不同级配混凝土断裂能 Gp的测定，同强度等级混凝土及不同级配混凝 土双 K 断裂参数的测定等。 刘黎，断裂损伤理论在混凝土中的应用研究，2013
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概况
传统强度理论
变形
损伤
塑性失稳
宏观裂纹
裂纹扩展
破坏
损伤力学 破坏力学
断裂力学
损伤力学主要研究宏观可见的缺陷或裂纹出现以前的力学过程； 断裂力学研究宏观裂纹体的受力与变形、以及裂纹的扩展，直至断裂
的过程。
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概况
• 损伤力学研究内容 研究含损伤的变形固体在载荷、温度、腐蚀等外在因素的作用下 ，损伤场的演化规律及其对材料的力学性能的影响。 • 损伤力学研究方法 连续损伤力学 细观损伤力学
线弹性弹性断裂力学理论
基本概念
一个物体在力的作用下分成两个独立的部分、这一过程称之为断裂，或称之为完 全断裂。
如果一个物体在力的作用下其内部局部区域内材料发生了分离，即其连续性发生 了破坏，则称物体中产生了裂纹。大尺度裂纹也称为不完全断裂。 断裂过程包括裂纹的形成和裂纹的扩展。 损伤 断裂
主要内容
断面收缩率5%；延伸率10%
按断裂原因分类
按裂纹扩展路径分类
穿晶断裂 沿晶断裂 混合断裂
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线弹性弹性断裂力学理论
线弹性断裂力学认为，材料和构件在断裂以前基本上处 于弹性范围内，可以把物体视为带有裂纹的弹性体。
研究裂纹扩展有两种观点：
一种是能量平衡的观点，认为裂纹扩展的动力是构件在 裂纹扩展中所释放出的弹性应变能，它补偿了产生新裂纹表 面所消耗的能量，如Griffith理论； 一种是应力场强度的观点，认为裂纹扩展的临界状态是 裂纹尖端的应力场强度达到材料的临界值，如Irwin理论。
概况 破坏力学发展的三个阶段
古典强度理论： 断裂力学： 损伤力学： 以强度为指标 以韧度为指标 以渐进衰坏为指标
• 损伤的概念 • 断裂的概念
由于细观结构(微裂纹、微孔洞、位错等)引起的材料或结构的劣化过程称 为损伤。
由弥散分布的微裂纹串接为宏观裂纹，再由宏观裂纹演化至灾难性失稳裂 纹，这一过程称之为断裂过程。
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线弹性弹性断裂力学理论
线弹性断裂力学的基本理论包括： Griffith理论，即能量释放率理论； Irwin理论，即应力强度因子理论。
一、Griffith理论
1913年，Inglis研究了无限大板中含有一个穿透板厚 的椭圆孔的问题，得到了弹性力学精确分析解，称之为 Inglis解。1920年，Griffith研究玻璃与陶瓷材料脆性断 裂问题时，将Inglis解中的短半轴趋于0，得到Griffith 裂纹。
（1）线弹性断裂力学---当裂纹尖端塑性区的尺寸远小于裂纹长度，可根据线弹性理论 来分析裂纹扩展行为。
（2）弹塑性断裂力学---当裂纹尖端塑性区尺寸不限于小范围屈服，而是呈现适量的塑 性，以弹塑性理论来处理。
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概况
关于损伤破坏的图片
18:08:00
概况
关于断裂破坏的图片
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混凝土损伤力学的研究现状
损伤力学是研究混凝土构件中宏观裂纹出现前材料的力学行为 ，按照荷载形式的不同，可以将损伤理论分为静力损伤模型和动力 损伤模型。静力损伤本构模型主要有 Marzars模型,Krajcinovic模型 和 Sidoroff模型等。动力损伤模型分两类: 1) 结构受周期性循环荷载作用； 2) 结构受到加载速率很大的荷载作用，主要模型有Sauris模型、 Bui 模型、Henty模型等。
材料损伤断裂理论
18:08:00
大纲
概况 线弹性断裂力学理论
弹塑性断裂力学理论
材料细观损伤理论 总结
18:08:00
概况
断裂损伤力学是固体力学的一个分支，是断裂力学和损伤力 学的简称。断裂力学是研究含裂纹固体介质的强度和裂纹扩展规律 的学科，它采用均匀性假设，且假设仅在材料缺陷处不连续;损伤 力学是研究材料内部存在错位“夹杂”微裂纹和微孔洞等分布缺陷时 ，在外荷载作用下损伤的Hale Waihona Puke Baidu化规律及其对力学性能的影响，二者共 同描述了结构从原有缺陷到宏观裂纹形成继而断裂的全过程。 1962年 M.Kaplan 首先运用断裂力学方法分析混凝土裂缝.
• 断裂力学研究方法
断裂物理（细微观） 线弹性断裂力学（宏观）（1920~1973） 弹塑性断裂力学（宏观）（1960~1991） 宏微观断裂力学
18:08:00
概况
两大假设：均匀、连续
均匀性假设仍成立，但且仅在缺陷处不连续
均匀性和连续性假设均不成立 断裂力学的分类： 断裂力学根据裂纹尖端塑性区域的范围，分为两大类：
断裂概念及分类 材料的理论断裂强度 Griffith能量平衡理论 应力强度因子
18:08:00
线弹性弹性断裂力学理论
按断裂前材料发生塑性变形的程度分类
按断裂机制分类
脆性断裂（如陶瓷、玻璃等） 延性断裂（如有色金属、钢等）
解理断裂（如陶瓷、玻璃等） 剪切断裂（如有色金属、钢等） 疲劳断裂（90%） 腐蚀断裂 氢脆断裂 蠕变断裂 过载断裂及混合断裂
18:08:00
概况
混凝土断裂力学的研究现状
国内外很多研究学者进行各种断裂模式( 张开型、滑开型、撕开型、复合型) 的 试验研究以及断裂韧度的测试，提出了一系列应力强度因子的计算方法和经验断裂 判据，主要成果有:A.Griffith用弹性体能量平衡的观点研究了玻璃等脆性材料中的裂 纹扩展问题，提出了断裂临界应力作为材料断裂的判据，但模型基于线弹性理论， 仅限于理想脆性材料。1961年 wells提出了弹塑性条件的断裂COD准则: 当裂纹尖端 在荷载作用下张开位移达到临界值时，裂纹就会开裂，若继续增加载荷，达到裂纹 失稳点时，材料就失效破坏。1955年 J.R.Irwin用弹性力学理论分析了裂纹尖端应力 应变场，提出了裂纹尖端附近的强度因子，建立了裂纹强度因子判据。 我国的徐世烺和H.W.reinhardt系统发展了基于裂缝扩展粘聚力的 Kr阻力曲线准 则，建立了实用的双 K断裂准则，可用于描述半脆性材料的裂缝起裂,稳定扩展和失 稳破坏全过程。但主要问题有: 确定双 K 断裂参数的最小尺寸，全级配混凝土双 K 断裂参数的试验，不同强度等级混凝土及不同级配混凝土软化本构关系，不同强度 等级混凝土及不同级配混凝土断裂能 Gp的测定，同强度等级混凝土及不同级配混凝 土双 K 断裂参数的测定等。 刘黎，断裂损伤理论在混凝土中的应用研究，2013
18:08:00
概况
传统强度理论
变形
损伤
塑性失稳
宏观裂纹
裂纹扩展
破坏
损伤力学 破坏力学
断裂力学
损伤力学主要研究宏观可见的缺陷或裂纹出现以前的力学过程； 断裂力学研究宏观裂纹体的受力与变形、以及裂纹的扩展，直至断裂
的过程。
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概况
• 损伤力学研究内容 研究含损伤的变形固体在载荷、温度、腐蚀等外在因素的作用下 ，损伤场的演化规律及其对材料的力学性能的影响。 • 损伤力学研究方法 连续损伤力学 细观损伤力学
线弹性弹性断裂力学理论
基本概念
一个物体在力的作用下分成两个独立的部分、这一过程称之为断裂，或称之为完 全断裂。
如果一个物体在力的作用下其内部局部区域内材料发生了分离，即其连续性发生 了破坏，则称物体中产生了裂纹。大尺度裂纹也称为不完全断裂。 断裂过程包括裂纹的形成和裂纹的扩展。 损伤 断裂
主要内容
断面收缩率5%；延伸率10%
按断裂原因分类
按裂纹扩展路径分类
穿晶断裂 沿晶断裂 混合断裂
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线弹性弹性断裂力学理论
线弹性断裂力学认为，材料和构件在断裂以前基本上处 于弹性范围内，可以把物体视为带有裂纹的弹性体。
研究裂纹扩展有两种观点：
一种是能量平衡的观点，认为裂纹扩展的动力是构件在 裂纹扩展中所释放出的弹性应变能，它补偿了产生新裂纹表 面所消耗的能量，如Griffith理论； 一种是应力场强度的观点，认为裂纹扩展的临界状态是 裂纹尖端的应力场强度达到材料的临界值，如Irwin理论。