损伤力学读书报告
关于损伤力学的建议与看法(可编辑修改word版)
关于损伤力学的建议与看法在别的论坛看到关于损伤力学的讨论，想起来几年前毕业的一位师兄在其论文中对损伤力学的讨论，现在发出来大家探讨一下原文如下：1.3材料疲劳分析的损伤力学方法目前，对汽轮机转子破坏过程的研究，基本采用的是线弹性断裂力学方法，其研究的是转子结构中具有明确几何边界的宏观裂纹问题。
它从整体出发，对裂纹前沿的应力、应变、位移和能量场的分析，以确定控制裂纹行为的力学参数，来实现对裂纹扩展和转子安全性进行预测。
而对裂纹萌生的宏观位置往往根据经验进行人为的假定。
事实上，实际转子服役过程中裂纹的萌生寿命往往很长，有的占总寿命的80%～90%。
在这个阶段，材料内部微细观结构逐渐劣化，并逐步发展成为宏观裂纹[25,26,27]，况且有些损伤现象并不导致断裂力学所描述的临界开裂，而且崩溃、失稳等。
因此，对上述转子损伤现象进行定量的数学描述，对于转子结构的裂纹萌生及寿命预估是非常重要的。
也是断裂力学无法解决的。
目前，对于无裂纹转子虽能大致估计其致裂寿命，但不能定量描述裂纹的形成发展过程及确切位置和形貌，而且由于往往采用线性损伤累积理论，不能正确地反映转子材料的实际损伤发展情况，因此，其分析结果往往与实际偏差较大。
近三十年发展起来的连续介质损伤力学[28]，它采用唯象学方法，引入表征损伤的内部状态变量，将损伤纳入热力学框架，重点研究微观缺陷对材料宏观整体平均力学特性的影响，因此，用损伤力学理论导得的结果，既能反映材料微观结构的变化，又能说明材料宏观力学性能的实际变化情况。
可用于分析微裂纹的演化，宏观裂纹形成直至构件的完全破坏的整个过程，弥补了微观研究和断裂力学研究的不足。
因此，损伤力学对于研究汽轮机转子结构在各种载荷环境条件下的灾变事故的产生和发展，进而对其进行复现与防治，有着极其重要的意义。
1.3.1损伤力学发展概况损伤力学的发端被公认为是1958 年Kachanov 在研究金属蠕变时所做的工作，他在当时提出了连续性因子与有效应力的概念，并利用后者给出了前者的演化方程。
损伤理论读书报告
硕士研究生课程«损伤理论及其应用»读书报告院(系): 土木工程与建筑学院专业：结构工程任课教师: 余天庆教授博士生导师研究生姓名:王熊珏学号: ********* 成绩：日期： 2014年4月30 日目录摘要┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄2损伤力学基础理论┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3损伤力学文献综述┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5损伤力学在桥梁工程中的应用┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄10参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄12摘要既有桥梁总会存在着不同程度的结构累积损伤, 这不但影响桥梁的正常运营,而且会危及结构的使用安全。
常规桥梁承载能力试验与新近发展起来的健康监测技术都很难独自对会导致桥梁脆性破坏的损伤累积进行有效检测。
因此,提出基于损伤机理的结构损伤安全评定方法的设想,采用局部无损探测和整体、长期健康监测相结合的损伤判断、定位技术,在正确诊断桥梁损伤基础上,综合应用基于损伤力学、疲劳断裂、可靠度理论等多种方法和理论进行损伤安全评定。
因此本文根据实时安全评定结果, 按照不同桥梁结构的损伤特点,即时给出桥梁维护管理对策,以便桥梁管理部门采取相应措施保障桥梁安全使用。
关键词：损伤理论工程AbstractThere is always a different level structure of cumulative damage of bridge, this will not only affect the normal operation of bridges, but will also endanger the structure of safety. General carrying capacity of bridge health monitoring of the test and the newly developed technology of is difficult alone can lead to brittle failure of bridges for effective detection of cumulative damage. Therefore, make safety evaluation method of structural damage based on damage mechanism envisaged adopting nondestructive detection and overall, long-term health monitoring of local damage judgments, the combination of positioning technology, in correct diagnosis of bridge damage on the basis of integrated application based on damage mechanics, fatigue fracture reliability theory, and a variety of methods and theory in safety assessment of damage. Therefore this article according to the assessment results in real time, in accordance with the different characteristics of bridge structure damage, instant for bridge maintenance and management countermeasures in order to bridge in bridge management sector, to take appropriate measures to ensure the safe use.Keywords：bridge; damage; safety assessment ; maintenance management strategy第一部分损伤力学基础理论（课本）1、机械设备工程结构中的构件，从毛坯制造到加工成形的过程中，不可避免地会使构1的裂纹或空隙等)。
《损伤断裂力学》课件
选择合适的试样和材料
根据研究目的选择具有代表性的试样和材料， 确保实验结果的可靠性。
设计实验载荷和环境条件
根据研究目的和试样特性，设计适当的实验载荷和环境条件，如温度、湿度等 。
实验过程与数据分析
进行实验操作
严格按照实验设计进行实验操作，确保数据的准确性 和可靠性。
数据采集和处理
在实验过程中实时记录数据，并进行必要的处理和分 析，提取关键信息。
新材料性能要求高
新型材料往往具有更高的强度、轻质、耐高 温等特性，但同时也可能存在更复杂的断裂 行为和损伤机制，需要更深入的探究。
多场耦合下的损伤断裂问题
多场耦合现象普遍存在
在工程实际中，许多结构会受到多种物理场的作用，如温度场、压力场、磁场等，这些 场的相互作用会对材料的损伤和断裂产生影响。
多场耦合效应复杂
有限元法可以处理复杂的几何形状和边界条件，适用于各 种类型的材料和结构，具有较高的计算精度和稳定性。
有限元法在损伤断裂力学中广泛应用于模拟材料的断裂和 损伤行为，可以预测裂纹的扩展路径、应力强度因子等重 要参数。
边界元法
边界元法是一种基于边界积分的数值模拟方法，通过将问题转化为边界积 分方程，然后利用离散化的方法求解。
02
CATALOGUE
损伤断裂力学的基本理论
损伤理论
损伤定义
01
损伤是材料在服役过程中受到的不可逆变化，包括微裂纹、晶
界滑移等。
损伤分类
02
根据损伤程度和形态，可分为表面损伤和内部损伤，其中内部
损伤又可分为微裂纹和晶界损伤等。
损伤演化
03
损伤演化是指材料在服役过程中损伤不断扩大和发展的过程，
包括裂纹扩展、界面分离等。
损伤力学读书报告
《损伤力学》读书报告随着现代工业的飞速发展，大型机械和复杂构件的日益增加，金属构件的疲劳失效已经成为工程领域中，关系到安全、可靠以及经济性的一个重要因素。
一般认为金属的疲劳破坏形式分为如下几个阶段：裂纹形核、小裂纹扩展、长裂纹扩展以及瞬时失效阶段，一般将裂纹形核和小裂纹扩展归为第一阶段，对于这阶段的研究，其主要方法是试验与统计相结合的方法，目前较多的研究室基于细观力学、分子动力学以及断裂物理的研究较多，对于裂纹的扩展阶段，一般是采用试验与断裂力学相结合的方法，这对于飞行器以及工程构件的损伤容限设计是非常必要的手段。
但是这些方法也存在于若干不足之处：（1）、对于裂纹的曲线扩展路径的描述困难。
（2）、二维裂纹扩展和三维裂纹扩展的描述难以统一。
（3）、把第一阶段与裂纹扩展阶段视为独立的阶段。
为止，就需要一个新的固体力学工具，将裂纹形成与扩展的描述进行统一，将二维和三维裂纹的扩展研究进行统一，将裂纹的直线扩展与曲线扩展进行统一。
此时，损伤力学就应运而生，从80年代初期，到目前为止，这方面出版了许多专著，他们对损伤力学的理论以及发展做出了巨大的贡献；下面就介绍损伤力学的一些先关内容：一、破坏力学的发展及损伤力学定义破坏力学发展的三个阶段1)、古典强度理论：以材料的强度作为设计指标：[]σσ<*,即只要材料的应力*σ小于材料的许用应力[]σ就不会破坏。
2)、断裂力学：以材料的韧度为设计指标：IC IC J K J K , ,<。
3)、损伤力学：以渐进衰坏程度作为为指标：C ωω<。
损伤力学定义损伤力学是研究材料的细(微)结构在载荷历史过程中产生不可逆劣化(衰坏)过程，从而引起材料(构件)性能变化、以及变形破坏的力学规律。
二、传统材料力学的强度问题对于传统的力学材料研究首先满足：材料均匀性和连续性假设，即认为材料是 各处性质相同的连续体。
其研究理论和思想如下图所示：三、断裂力学的韧度问题对于断裂力学的研究内容，需要均匀性假设仍成立，但且仅在缺陷处不连续。
连续损伤力学报告
连续损伤力学中的代表性体积单元
n
~ A
a
b
A
损伤变量
Kachanov（1958）连续性因子
S / S0
Rabotnov（1963）损伤度
Sd / S0
损伤本构方程
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
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。
E
E 1 D
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
连续损伤力学的工程应用
图1近似表征损伤从孔 边开始，等损伤边界 为三角形，D1=0.05 ，这与实验结果是一 致的。图2和图3显示 ，随外载荷a∞增加， 损伤区由孔边向材料 内部逐步加大;损伤区 内各处的损伤程度也 逐渐加强(由D1值增加 表征)。图4表示 a11∞=0.04268GPa时 的等损伤线，靠近孔 边的等损伤三角形 D1=0.95，它与孔边 之间的材料已经完全 破坏。
损伤力学
损伤力学的基本概念
损伤变量及其确定 损伤力学的分类 损伤力学的研究方法
一维损伤理论 三维各向同性损伤理论 基于细观力学的损伤理论 损伤结构的有限元分析方法
损伤力学的基本概念和基本原理
2.2 损伤类型及损伤变量
按照材料变形和状态区分
弹性损伤（ Elastic damage )：弹性材料中应力作用而导致的损伤。材料 发生损伤后没有明显的不可逆变形，又称为弹脆性损伤； 塑性损伤（Plastic damage)：塑性材料中由于应力作用而引起的损伤。要 产生残余变形。 蠕变损伤（Creep damage)：材料在蠕变过程中产生的损伤，也称为粘塑 性损伤。这类损伤的大小是时间的函数。 疲劳损伤（Fatigue damage）：由应力重复作用而引起的，为其循环次数 的函数，往往又与应力水平有关； 动态损伤（Dynamic damage）：在动态载荷如冲击载荷作用下，材料内 部会有大量的微裂纹形成并扩展。这些微裂纹的数目非常多，但一般得 不到很大的扩展（因为载荷时间非常断，常常是几个微秒）。但当某一 截面上布满微裂纹时，断裂就发生了。
2.1 一维损伤状态的描述
考虑一均匀受拉的直杆（图2.1），认为材料劣化的主要机制是由于 微缺陷导致的有效承载面积的减小。设其无损状态时的横截面面积为A， ~ 损伤后的有效承载面积减小为 A ，则连续度的物理意义为有效承载面积 与无损状态的横截面面积之比，即
~ A A
（2.1.1）
显然，连续度是一个无量纲的标量场变量， 1 对应于完全没有缺陷的理想材料状态， 0对应 于完全破坏的没有任何承载能力的材料状态。 ~ 将外加荷载F与有效承载面积 A 之比定义为有 ~ 效应力 ，即
损伤力学读书报告
材料结构性能学读书报告专业：材料工程专业班级: SＪ1162班学号: ２姓名：杨艳鸽专题名称：《损伤力学》读书报告损伤力学基本假定是损伤力学研究中非常关键的内容.不同的基本假定导致不同的损伤变量定义模式和不同的损伤本构关系。
为得到与研究对象相应的损伤本构关系,必须对受损伤物体的特性进行合理假定。
损伤理论中的基本假定主要有以下三种：应变等价假定、应力等价假定、弹性能等价假定.应变等价假定认为,应力作用在受损材料上引起的应变与有效应力作用在无损材料上引起的应变等价。
基于应变等价假定,受损结构的本构关系可通过无损时的形式描述,只需将其中名义应力换成有效应力即可.应力等价假定认为,损伤状态下真实应变对应的应力和与虚构无损状态下有效应变对应的应力等价。
应变等价假定实际上包含了应力等价假定。
弹性能等价假定认为，损伤状态下真实应变和应力对应的弹性余能和虚构无损伤状态下有效应变和有效应力对应的弹性余能等价。
基于能量等价得到的损伤本构关系和损伤的定义与基于应变或应力等价得到的关系式有所不同.此外，还有载荷等效性假设，即拉伸会引起试棒横向收缩,即从额定面积Ｓ.变到真实面积S；考虑材料损伤后又从真实面积Ｓ压改到有效承载面积~S。
因此，可以定义三种拉伸应力，即设真实承载的拉伸棒等效于一虚拟拉伸棒，可以导出有效应力与真实应力之间的关系：2．１．５损伤本构热力学损伤是与材料内部微观结构组织的改变相关联的，是物质内部结构的不可逆变化过程。
损伤演变与塑性变形一样都会造成材料的不可逆能量耗散，故损伤变量是一种内变量。
材料的损伤本构方程可采用带内变量的不可逆过程热力学定律来研究，即让损伤变量以内变量的形式出现在热力学方程中。
2。
2主要理论２。
2．1各向同性和各向异性弹脆性损伤的一般理论先进的复合材料等固体材料的力学性能（包括刚度、强度等）往往是各向导性的．设这种材料在受载过程中塑性变形较小而加以忽咯,但容易发生诸如基沐微裂纹、纤维断裂和界而脱胶等损伤（这些损伤往往是随机的和大量的，同时具有局部性和各向异性。
损伤与断裂力学读书报告
中国矿业大学2012 级硕士研究生课程考试试卷考试科目损伤与断裂力学考试时间2012. 12学生姓名张亚楠学号ZS12030092所在院系力建学院任课教师高峰中国矿业大学研究生院培养管理处印制《损伤与断裂力学》读书报告一．断裂力学1．基本概念及研究内容断裂力学是为解决机械结构断裂问题而发展起来的力学分支，它将力学、物理学、材料学以及数学、工程科学紧密结合，是一门涉及多学科专业的力学专业课程。
随时间和裂纹长度的增长，构件强度从设计的最高强度逐渐地减少。
假设在储备强度A点时，只有服役期间偶而出现一次的最大载荷才能使构件发生断裂；在储备强度B点时，只要正常载荷就会发生断裂。
因此，从A点到B点这段期间就是危险期，在危险期中随时可能发生断裂。
如果安排探伤检查的话，检查周期就不能超过危险期。
如下图所示：问题是储备强度究竟是个什么样的参量？它与表征裂端区应力变场强度的参量有何关系？如何计算它？如何测量它？它随时间变化的规律如何？受到什么因素的影响？这一系列问题如能找到答案的话，则提出的以上五个工程问题就有可能得到解决。
断裂力学这门学科就是来解决这些问题的。
1.1影响断裂力学的两大因素a．荷载大小b.裂纹长度考虑含有一条宏观裂纹的构件，随着服役时间后使用次数的增加，裂纹总是愈来愈长。
在工作载荷较高时，比较短的裂纹就有可能发生断裂；在工作载荷较低时，比较长的裂纹才会带来危险。
这表明表征裂端区应力变场强度的参量与载荷大小和裂纹长短有关，甚至可能与构件的几何形状有关。
1.2脆性断裂与韧性断裂韧度（toughness ）：是指材料在断裂前的弹塑性变形中吸收能量的能力。
它是个能量的概念。
脆性（brittle ）和韧性（ductile ）：一般是相对于韧度低或韧度高而言的，而韧度的高低通常用冲击实验测量。
高韧度材料比较不容易断裂，在断裂前往往有大量的塑性变形。
如低强度钢，在断裂前必定伸长并颈缩，是塑性大、韧度高的金属。
金、银比低强度钢更容易产生塑性变形，但是因为强度太低，因此吸收能量的能力还是不高的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
材料结构性能学读书报告
专业：材料工程专业
班级：SJ1162班
学号：************
*名：***
专题名称：《损伤力学》读书报告
河北工业大学| ~ 2~ |
河北工业大学| ~ 3~ |
河北工业大学| ~ 4~ |
损伤扩展力张量R的含义是表征材料提供产生新的弹脆性损伤的能力，数量上等于损伤扩展所耗散的能量密度。
因此，R也可称为损伤能耗散串密度或损伤能释放率密度。
2.1.4基本假定
损伤力学基本假定是损伤力学研究中非常关键的内容。
不同的基本假定导致不同的损伤变量定义模式和不同的损伤本构关系。
为得到与研究对象相应的损伤本构关系，必须对受损伤物体的特性进行合理假定。
损伤理论中的基本假定主要有以下三种：应变等价假定、应力等价假定、弹性能等价假定。
应变等价假定认为，应力作用在受损材料上引起的应变与有效应力作用在无损材料上引起的应变等价。
基于应变等价假定，受损结构的本构关系可通过无损时的形式描述，只需将其中名义应力换成有效应力即可。
应力等价假定认为，损伤状态下真实应变对应的应力和与虚构无损状态下有效应变对应的应力等价。
应变等价假定实际上包含了应力等价假定。
弹性能等价假定认为，损伤状态下真实应变和应力对应的弹性余能和虚构无损伤状态下有效应变和有效应力对应的弹性余能等价。
基于能量等价得到的损伤本构关系和损伤的定义与基于应变或应力等价得到的关系式有所不同。
此外，还有载荷等效性假设，即拉伸会引起试棒横向收缩，即从额定面积S。
变到真实面积S；考虑材料损伤后又从真实面积S压改到有效承载面积~S。
因此，可以定义三种拉伸应力，即
设真实承载的拉伸棒等效于一虚拟拉伸棒，可以导出有效应力与真实应力之间的关系：
2.1.5损伤本构热力学
损伤是与材料内部微观结构组织的改变相关联的，是物质内部结构的不可逆变化过程。
损伤演变与塑性变形一样都会造成材料的不可逆能量耗散，故损伤变量是一种内变量。
材料的损伤本构方程可采用带内变量的不可逆过程热力学定律来研究，即让损伤变量以内变量的形式出现在热力学
河北工业大学| ~ 5~ |
方程中。
2.2主要理论
2.2.1各向同性和各向异性弹脆性损伤的一般理论
先进的复合材料等固体材料的力学性能(包括刚度、强度等)往往是各向导性的.设这种材料在受载过程中塑性变形较小而加以忽咯,但容易发生诸如基沐微裂纹、纤维断裂和界而脱胶等损伤(这些损伤往往是随机的和大量的,同时具有局部性和各向异性。
沈为在书中介绍了耗散势和损伤扩展力的概念和计算。
若设损伤度ω或连续性ψ仅是状态的函数而与过程无关，即
实验表明，某些材料在较小应变下不发生损伤，只有当应变超过它的阈值时才发生损伤，随后，损伤随应变不断加剧并不断扩大。
当单元损伤达到它的临界状态时，单元发生破坏且不能承受外载。
沈为和邓玉昆分别在各自的《损伤力学》中分别阐述了1维情况和多维情况的损伤与破坏准则。
沈为还在书中介绍了耗散势和损伤扩展力的概念和计算。
2.2.2粘脆性损伤理论
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，称为蠕变，在恒应变作用下，其应力随时间缓慢降低，称为松弛。
这两种情况，统称流变。
金属材料在恒定单轴拉伸应力下的蠕变典型曲线如图所示。
若拉应力低于材料的比例极限，材料
的弹性应变一般不随时间改变(用AB线
表示)，不出现蠕变现象。
若拉伸应力超
过比例极限，材料在瞬态响应后发生蠕
变，其蜕变曲线由oACDEF表示。
实际上，材料在不同的应力水平或不
同的温度环境下，可能处于不同蠕变阶
段，具有不同的蠕变机制和微结构变化。
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。
在低应力下，材料变形很小，损伤归因于微裂纹的产生、扩散与聚合，最后造成脆性断裂，属长期蠕变断裂。
在高应力下，材料有大量晶格滑移
河北工业大学| ~ 6~ |
河北工业大学| ~ 7~ |
河北工业大学| ~ 8~ |。