细观损伤力学.pptx
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1、 第一节 细观损伤力学的基本概念 在损伤力学中,除连续损伤力学方法外,还有一种同样重要的方法,即细观损伤力学方法。1)连续损伤力学 连续损伤力学,又称唯象损伤力学,它不问损伤的物理背景和材料内部的细观结构变化,只是从宏观的唯象角度出发,引入标量、矢量或张量形式的损伤变量,通过连续介质力学、热力学等方法构造材料的损伤本构关系和演化方程,使理论预测与实验结果(如承载能力、寿命、刚度等)相符合。这种方法主要在欧洲如法国、英国、前苏联、瑞典等发展起来;多用于结构强度与寿命的分析。第1页/共18页 2)细观损伤力学的概念 细观损伤力学,是从材料的细观结构出发,对不同的细观损伤机制加以区分,通过对细观结构
2、变化的物理与力学过程的研究来了解材料的破坏,并通过体积平均化的方法从细观分析结果导出材料的宏观性质。细观损伤力学主要是从美国发展起来;常与材料的力学行为和变形过程相联系。起初,连续损伤力学和细观损伤力学是相互独立发展,直到80年代中后期,这两个损伤力学分支才被力学家和材料学家在不同程度上加以认可。实际上,这两种理论在工程应用、理论分析等方面可相互补充。第2页/共18页 3)细观损伤力学的研究尺度 细观损伤力学研究的尺度范围介于连续介质力学和微观力学之间。连续介质力学分析的是宏观试件、结构和裂纹等的性质;微观力学是用固体物理学的手段研究微空穴、位错、原子结合力等的行为。而细观损伤力学则是采用连续
3、介质力学和材料科学的一些方法,对上述两种尺度之间细观结构如微孔洞、微裂纹、晶界等进行力学描述。因此,细观损伤力学一方面忽略了损伤的过于复杂的微观物理过程,避免了统计学浩繁的计算,另一方向又包含了不同材料细观损伤的几何和物理特征,为损伤变量和损伤演化方程提供了较明晰的物理背景。第3页/共18页 4)细观损伤力学与连续损伤力学的区别 在细观力学方法中必须采用一种平均化方法,以把细观结构损伤机制研究的结果反映到材料的宏观力学行为的描述中去。比较典型的方法有:(1)不考虑微缺陷间相互作用的非相互作用方法(亦称为Taylor方法);(2)考虑微缺陷间弱相互作用的自洽方法、微分方法、Mori-Tanaka
4、方法、广义自洽方法、Hashin-Shtrikman界限方法;(3)考虑微缺陷间强相互作用的统计细观力学方法。第4页/共18页 5)细观损伤力学的基本方法 (1)首先在材料中选取一个代表性体积单元(Representative Volume Element,简记为RVE)或体胞(cell),它需要满足尺度的二重性:一方面,从宏观上讲其尺寸足够小,可以看作一个材料质点,因而其宏观应力应变场可视为均匀的;另一方面,从细观角度上讲,其尺寸足够大,包含足够多的细观结构信息,可以体现材料的统计平均性质。(2)利用连续介质力学和连续热力学手段,对代表性体积单元进行分析,以得到细观结构在外载作用下的变形和演
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