《连续损伤力学报告》PPT课件

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1、连续损伤力学及其工程应用指导教师:王吉会主讲人:李妍PPT制作:李银霞资料查阅:季德慧冯超郭丰葛平慧F-15C战斗机疲劳解体损伤像魔鬼一样,看不见但令人生畏损伤力学背景基本概念分类研究方法工程应用主要内容损伤力学的发展历程Kachanov,1958,连续性因子和有效应力的概念Rabotnov,1963,损伤因子的概念Lemaitre,1971,损伤的概念重新提出Leckie&Hult,1974,蠕变损伤研究的推进70年代中末期,CDM的框架逐步形成Murakami,1980s’,几何损伤理论80年代中Bu

2、i、Dyson、Krajcinovic、Sidoroff等人的工作对损伤力学的发展作出了重大的贡献90年代,细观损伤力学发展起来1980年,国际理论与应用力学联合会再美国召开“用连续介质力学方法对损伤和寿命进行预测”的研讨会1981年,欧洲力学委员会在巴黎召开了第一次损伤力学国际会议1982年,美国召开了第二次关于损伤力学的国际学术会议1982年,中国首次召开了全国损伤力学学术讨论会1986年,法国召开了断裂的局部方法国际学术会议,使损伤理论用于工程结构向前推进了一步损伤力学与断裂力学的关系损伤力学分析材

3、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。基本概念ContinuumDamageMechanics(CDM)与断裂力学、疲劳分析理论,统归破坏力学范畴,是研究物质不可逆破坏过程的科学。利用连续介质力学与热力学的唯象学方法,研究损伤的力学过程。它着重考察损伤对材料宏观力学性质的影响以及材料和结构损伤演化的过程和规律。而不考察其损伤演化的细观物理和力学过程,只求用连续损伤力学预计的宏观力学行为与变形行为符合实验结果与实际情况。分类弹脆性损伤粘脆性(蠕变)损伤弹塑性损伤疲劳损伤1.弹脆

4、性损伤理论某些各向异性固体材料,如纤维复合材料,具有良好的弹性,但塑性变形很小,属于弹脆性材料。这些材料受载后容易发生微裂纹以及纤维断裂、界面脱胶等损伤。损伤往往是随机的和大量的,将造成材料性能的变化,应力应变关系将明显不服从线性的广义胡克定律。因此,需要用含有损伤参量的非线性本构关系来表示这些材料的力学响应。弹脆性损伤:岩石、混凝土、复合材料、低温金属当萌生一个细观裂纹而无宏观塑性应变时的损伤。塑性应变小于弹性应变,即解理力小于产生滑移的力但大于脱键力特征:损伤局部化程度较高中心思想在热力学分析和建立本

5、构模型时引入损伤变量:通过损伤本构关系直接建立材料弹性、应变、应力与损伤之间的理论关系。2.粘脆性(蠕变)损伤理论蠕变:粘弹性或粘塑性固体材料在恒应力作用下,其应变随时间逐渐增加的现象。应力松驰:在恒应变作用下,其应力随时间缓慢降低的现象。材料在蠕变时往往伴随着微结构变化或缺陷的产生与扩展而构成损伤。蠕变损伤金属在高温下承载时,塑性应变中包含了粘性。应变足够大时,产生沿晶开裂而引起损伤。通过蠕变使应变率有所增长。在给定的温度(中温或高温)下,这类损伤是时间的函数。如金属材料在高温或较高温度下蠕变中产生的损

6、伤。对于混凝土这类材料,即使在常温下,恒定的应力也会引起蠕变(或称徐变)而产生损伤。主要包括稳定蠕变理论稳定蠕变理论忽略减速蠕变阶段,也不反映加速蠕变阶段。强化蠕变理论强化蠕变理论认为,材料的粘性应变率不仅受应力控制而且与粘性有关。其他蠕变理论3.弹塑性损伤理论弹塑性材料中由应力的作用而引起的损伤。材料损伤时,同时产生残余变形。在室温或较高温度下。金属塑性大变形中的损伤就属于这类损伤,故又称为延性塑性损伤。如强度较低但韧性很好的金属材料、中强度的混凝土、复合材料、高分子材料等常用的工程材料中出现的损伤。主

7、要包括:幂硬化材料的损伤全塑性材料的损伤连续损伤力学研究方法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。过程:选取物体内某点的代表性体积单元定义损伤变量建立损伤演化方程建立损伤本构方程根据初始条件、边界条件求解,判断各点的损伤状态、建立破坏准则连续损伤力学中的代表性体积单元损伤变量Kachanov(1958)连续性因子Rabotnov(1963)损伤度损

8、伤本构方程利用等效性假设根据不可逆热力学理论基于等效性假设的损伤本构方程(Lemaitre,1971)损伤材料的本构关系与无损状态下的本构关系形式相同,只是将其中的真实应力换成有效应力。一维情形根据不可逆热力学理论导出损伤本构方程:损伤过程是不可逆热力学过程损伤材料存在一个应变能密度和一个耗散势利用它们,根据内变量的正交流动法则导出损伤-应变耦合本构方程、损伤应变能释放率方程(即损伤度本构方程)和损伤演化方程的一般形式连续损伤

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