19B9年强度与环境第6期(总了6)损伤变一量的定义与测量王永廉南京电力专科学校文摘损伤1变量的定义与则量是连续介质损伤力学发展进程中的首要问题。本文较为系统地介绍了迄令这方面所取得的研究成果,时国外近年发展较快的定义与测量材料损伤的宏观方法作了较为详细的评价,同时指出了存在问题和研完方向。主题词探伤容限材杆性能微观组织连续力学述评一、引言连续介质损伤力学是七十年代发展起来的一门新兴学科,它运用连续介质力学、材料学和不可逆过粉热力学的基本理论和方法,研究宏观裂纹形成前的材料损伤及其对材料力学行为的影响,革新了传统的无裂纹寿命预测方法,成为研究宏观裂纹起始和扩展规律的断裂力学的重要补充。近年来,损伤力学在国际上受到高度重视,在去年八月召开的第十七届国际理论与应用力学大会上,损伤力学与大变形力学并列为大会第一主题Il]。国内力学界最近也发出了普及和发展损伤力学的呼吁〔“]。损伤是指材料在受力变形过程中由于细观结构(晶粒、位错、空穴、微裂纹等)变化而导致的性能逐渐劣化直至失败(指宏观裂纹形成,下同)的一种不可逆过程,无法象应变那样明确定义和精确侧量。因此,究竟以什么作为损伤变量,怎样度量各种形式的损伤就成了损伤力学发展进程中的首要问题,至今仍未很好解决。本文比较系统地介绍了迄今这方面所取得的研究成果,对国外近年发展较快的定义与侧量损伤的宏观方法作了较为详细的评介,同时指出了存在问题和研究方向。二、定义与测量损伤的细观方法定义与侧量材料损伤有两类不同的方法:细观方法和宏观方法。所谓细观方法就是直接通过材料内部的细观缺陷(如蠕变晶界空穴、疲劳微裂纹、韧性空洞等)来定义和测量损伤。例如,D”。n等人通过晶界空穴数目和体积来定义和测量镍铬耐热合金N加oni。80A的蠕变损伤,并在损伤加速回复的软化假设下建立了考虑损伤的本构方程和寿命预测方程[sl。Nemat一Nasser等人用韧性空洞体积比f、定义和度量流动损伤,并利用能量原理建立了细观损伤量厂,与材料弹性常数之间的关系式[’],在单轴拉伸情况’下为本文1989年6月22日收至,1。28厂,二1一E/刀其中刀、E分别表示无损伤和有损伤材料的弹性模量。式不够准确[s]。(1)但有实验数据表明,这个关系细观方法的优点在于为损伤变量赋予了真实的几何形象和物理过程,有助于人们对损伤本质的认识。但该法在得到进一步发展和实用之前,必须解决下述两个主要困难;1.如何有效地非破坏性地测量材料细观损伤;2.如何有效地从非均匀的细观结构过渡到均匀的宏观材料,在细观损伤变量与工程上惯用的宏观控制参量之间建立比较严密可靠的关系。三、定义与测量损伤的宏观方法与细观方法不同,宏观方法有时虽需细观机制的启示,但并非直接由细观缺陷定义与测量损伤,而是间接地利用某些宏观参量来定义与测量材料损伤。宏观方法的缺点是基本脱离了损伤的细观机制。但由于木存在细观方法所遇到的上述两个目前尚难克服的困难,更便于实用,故该法在国外发展较快,其中主要有五种。3.1剩余寿命法[6,7]。材料损伤必将影响构件在任意一种加载条件下的寿命。因此,可利用剩余寿命来度量材料的当前损伤。设已具有一定损伤的试件在某标准度量试验中的寿命为N,则定义该试件的损伤量为刀二1一N/N,(2)其中N;为无损伤试件的寿命。显然,o《D成1,D二o对应无损伤状态,D=1对应失效状态。此法适用于任何形式的损伤场合,但有两个明显缺点:1.要测量在任何一个损伤进程中任意某个时刻的当前损伤,都必须至少做一个专门的破坏性试验,代价较大;2.如此定义的损伤量不唯一,与标准度量试验有关。3.2强度降量法材料损伤导致材料强度的下降。因此,可利用材料强度的下降量来定义和测量损伤。这个方法最初是Henr:于195年在对疲劳损伤累积理论的研究中提出的[s1,后经Bui一Qu。c等人发展,推广运用至蠕变、蠕变与疲劳交互作用等场合叫。疲劳损伤在疲劳加载条件下,定义材料损伤为材料疲劳极限的下降量,即D二卫鱼些二生aeo一aee(3)其中ae。,6。、件。。分别为材料疲劳极限的初始值(对应无损伤状态)、当前值(对应当前损伤状态)和临界值(对应失效状态)。在应力控制条件下,Bui一Quoc利用某些试验结论,给出了由(3)式定义的损伤变量的实用算...
