损伤断裂力学..VIP免费

损伤力学•损伤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。•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。•研究方法连续损伤力学细观损伤力学断裂力学•断裂过程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。•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）宏微观断裂力学与材料强度有关的断裂力学的特点：着眼于裂纹尖端应力集中区域的力场和应变场分布；研究裂纹生长、扩展最终导致断裂的动态过程和规律；研究抑制裂纹扩展、防止断裂的条件。给工程设计、合理选材、质量评价提供判据。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：（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。•固体力学基本问题材料和构件由变形、损伤直至破坏的力学过程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。线弹性断裂力学（一）•断裂概念及分类•材料的理论断裂强度•Griffith能量平衡理论•应力强度因子主要内容断裂问题•据美国和欧共体的权威专业机构统计：世界上由于机件、构件及电子元件的断裂、疲劳、腐蚀、磨损破坏造成的经济损失高达各国国民生产总值的6%~8%。•包括压力管道破裂、铁轨断裂，轮毂破裂、飞机、船体破裂等。断裂问题•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。损伤断裂断裂分类•按断裂前材料发生塑性变形的程度分类脆性断裂（如陶瓷、玻璃等）延性断裂（如有色金属、钢等）断面收缩率5%；延伸率10%•按裂纹扩展路径分类穿晶断裂沿晶断裂混合断裂断裂分类•按断裂机制分类解理断裂（如陶瓷、玻璃等）剪切断裂（如有色金属、钢等）•按断裂原因分类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固体在拉伸应力下，由于伸长而储存了弹性应变能，断裂时，应变能提供了新生断面所需的表面能。即：thx/2=2s其中：th为理论强度；x为平衡时原子间距的增量；为表面能。虎克定律：th=E(x/r0)理论断裂强度：th=2(sE/r0)1/2理论断裂强度(1)能量守衡理论Orowan以应力—应变正弦函数曲线的形式近似的描述原子间作用力随原子间距的变化。x/2th0r0(2)Orowan近似x很小时，根据虎克定律：=E=Ex/r0,且sin(2x/)=2x/，则有=thsin(2x/)=th2x/得：Ex/r0=th2x/有：th=E/(2r0)即=thsin(2x/)因此，理论断裂强度为：th=(sE/r0)1/2与th=2(sE/r0)1/2相比两者结果是一致的。理论断裂强度：th=2s/th=E/(2r0)=E(2s/th)/(2r0)分开单位面积的原子作功为：U=thsin(2x/)dx=th/=2s/20外力作功，单位体积内储存弹性应变能：W=UE/AL=（1/2）PL/AL=（1/2）=2/2E设平板的厚度为1个单位，长度为2C的穿透型裂纹，其弹性应变能：UE=W裂纹的体积=W（C2×1）=C22/2E断裂强度（临界应力）的计算Griffith裂口理论-能量法（1920，1924）Inglis无限大板含椭圆孔的解析解（1913年）平面应力状态下扩展单位长度的微裂纹释放应变能为：dUE/dC=C2/E（平面应力条件）或dUE/dC=(1－2)C2/E（平面应变条件）由于扩展单位长度的裂纹所需的表面能为：US/C=2s断裂强度（临界应力）的表达式：f=[2Es/C]1/2（平面应力条件）f=[2Es/(1－2)C]1/2（平面应变条件）(上下两个裂纹面)Gri...