损伤与断裂力学知识点.ppt

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第1页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 传统材料力学的强度问题 两大假设:均匀、连续 第2页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 断裂力学的韧度问题 均匀性假设仍成立,但且仅在缺陷处不连续 第3页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 损伤力学的评定方法 均匀和连续假设均不成立 第4页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 损伤力学所研究缺陷的分类 损伤力学中涉及的损伤主要有四种: 微裂纹 (micro-crack) 微空洞 (micro-void) 剪切带 (shear bond) 界面 (interface) 损伤力学以处理方法的不同分为两类: 连续损伤力学 (Continuum Damage Mechanics, CDM) 细观损伤力学 (Meso- Damage Mechanics, MDM) 第5页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 损伤力学与断裂力学的关系 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。 第6页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 连续力学与力学模型之近代发展——力学分析范围之拓广 第7页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 损伤的种类 弹脆性损伤:岩石、混凝土、复合材料、低温金属 弹塑性损伤:金属、复合材料、聚合物的基体,滑移界面(裂纹、 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洞形核、扩展 剥落(散裂)损伤:冲击载荷引起弹塑性损伤;细观孔洞、微裂纹-均匀分布孔洞扩展与应力波耦合 疲劳损伤:重复载荷引起穿晶细观表面裂纹;低周疲劳-分布裂纹 蠕变损伤:由蠕变的细观晶界孔洞形核、扩展,主要由于晶界滑移、扩散 蠕变-疲劳损伤: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 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 辐照损伤:中子、射线的辐射,原子撞击引起的损伤,孔洞形核、成泡、肿胀 第8页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 损伤分类及损伤力学在工程中的应用 损伤也可分为两大类: 脆性损伤: 韧性损伤: 在工程问题中的应用 材料的断裂破坏过程,局部损伤:启裂、扩展和分叉 材料的力学与物理性能 材料元的寿命预计(非线性积累) 与无损检测的发展的关系 CDM的边值问题 材料的韧化机理与预计,韧脆转变 连续介质力学观点-分布孔洞与损伤材料性能 第9页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 不同力学理论的研究路线 第10页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 损伤力学(CDM)的研究方法 CDM是描写材料破坏过程的有力工具。它主要包括: 损伤演化方程的描写~损伤变量 基于细观的、唯象的连续损伤理论 损伤的实验测定 从应用入手,研究与发展连续损伤力学 第11页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 损伤理论体系 第12页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 损伤力学的应用 第13页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 破坏分析过程 第14页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 耦合的 应变损伤分析 第15页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 损伤力学--概要 第16页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 材料内部存在的分布缺陷,如位错、夹杂、微裂纹和微孔洞等统称为损伤 损伤力学可以分为连续损伤力学与细观损伤力学 细观损伤力学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 连续损伤力学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 第17页,共36页,2022年,5月20日,22点52分,星期四 损伤变量 “代表性体积单元” 它比工程构件的尺寸小得多,但又不是微结构,而是包含足够多的微结构,在这个单元内研究非均匀连续的物理量平均行为和响应 Lemaitre(1971)建议某些典型材料代表体元的尺寸为: 金属材料 0.1mm×0.1mm×0.1mm 高分子及复合材料 1mm×1mm×1mm 木材 10mm×10mm×10mm 混凝土材料 100mm×100mm

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