斷裂與損失力學(xué)的發(fā)展

(重慶交通大學(xué)　重慶　400000)

為解決結(jié)構(gòu)性質(zhì)的斷裂開(kāi)展了一門(mén)研究力學(xué)，斷裂力學(xué)。它將各類(lèi)力學(xué)和工學(xué)緊密結(jié)合,是一門(mén)涵蓋各領(lǐng)域的力學(xué)專(zhuān)業(yè)課。力學(xué)一步步的發(fā)展到現(xiàn)在,人們意識(shí)到,傳統(tǒng)意義上的的強(qiáng)度理論指標(biāo)已經(jīng)無(wú)法很大程度保障結(jié)構(gòu)的安全,一般按照傳統(tǒng)意義上的設(shè)計(jì)理念去設(shè)計(jì)材料的強(qiáng)度和韌度,然而材料有時(shí)極抵的應(yīng)力威脅到材料的安全。

材料內(nèi)部所產(chǎn)生的缺陷引起了宏觀力學(xué)知識(shí)材料發(fā)生結(jié)構(gòu)上的損傷，我們稱(chēng)之為損傷力學(xué)?，F(xiàn)如今有很多理論,中國(guó)學(xué)者認(rèn)為巖體材料內(nèi)部所含裂紋缺陷分布的隨機(jī)性出發(fā)，使用微型元的一般性分布，采取產(chǎn)生損傷微元數(shù)量的比例大小來(lái)定義損傷產(chǎn)生的變量。但任然存在一個(gè)問(wèn)題就是無(wú)法解釋宏觀上的現(xiàn)象，此外巖石材料的損傷學(xué)一般是通過(guò)做實(shí)驗(yàn)來(lái)獲得的,其研究試件由于尺寸上的特點(diǎn)使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際差別比較大;研究?jī)?nèi)容還限定在單軸或三軸拉壓、螺變、疲勞等一些特定條件下的加載損傷演變,對(duì)各種卸載條件下的研究還不夠。

一、斷裂力學(xué)與損傷力學(xué)研究的內(nèi)容

斷裂力學(xué)主要考慮荷載大小和裂紋長(zhǎng)度兩個(gè)方面的內(nèi)容，研究有一條宏觀裂紋的構(gòu)件，隨著服役時(shí)間后使用次數(shù)的增加，裂紋總是愈來(lái)愈長(zhǎng)。在工作載荷較高時(shí)，比較短的裂紋就有可能發(fā)生斷裂；在工作載荷較低時(shí)，比較長(zhǎng)的裂紋才會(huì)帶來(lái)危險(xiǎn)。這表明表征裂端區(qū)應(yīng)力變場(chǎng)強(qiáng)度的參量與載荷大小和裂紋長(zhǎng)短有關(guān)，甚至可能與構(gòu)件的幾何形狀有關(guān)。

二、斷裂力學(xué)解決問(wèn)題的思路

1.斷裂力學(xué)研究眾多環(huán)境和荷載作用下材料空洞引起的破壞或者是裂紋.即就是，在各種環(huán)境下：

(1)裂紋結(jié)構(gòu)形式的變形和受力;

(2)反映材料減弱裂紋發(fā)展的的試驗(yàn)方法

(3)在給定載荷(單調(diào)的或交變的、脈沖的)作用以及在工作介質(zhì)的作用下,裂紋擴(kuò)展的規(guī)律;

(4)應(yīng)用斷裂力學(xué)于結(jié)構(gòu)選材和結(jié)構(gòu)的安全評(píng)定等.

2.斷裂力學(xué)在研究上的方法特點(diǎn)是:從塑性力學(xué)和彈性力學(xué)方程的角度出發(fā),將裂紋當(dāng)作為一種應(yīng)力邊界的條件,考察裂紋頂端的位移場(chǎng)、應(yīng)變、力場(chǎng),依據(jù)實(shí)驗(yàn)去建立和斷裂物理參照量的關(guān)系。

三、損傷力學(xué)解決問(wèn)題的思路

1.損傷力學(xué)具體地說(shuō)，它可列舉為：

(1)從固體力乳固體物理與不可逆過(guò)程熱力學(xué)的角度定義與量測(cè)損傷；

(2)從細(xì)觀的方法或宏觀的方法，建立考慮損傷的本構(gòu)關(guān)系及損傷演化方程；

(3)給出相應(yīng)的損傷力學(xué)的初、邊值問(wèn)題的提法(或相應(yīng)的變分提法).并將連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)用于結(jié)構(gòu)破壞分析；

(4)應(yīng)用于不同的損傷類(lèi)型的分析：如彈性損傷、塑性損傷、蠕變損傷、疲勞損傷等。

2.損傷力學(xué)以處理方法的不同分為兩類(lèi)：

(1)連續(xù)損傷力學(xué)。將連續(xù)介質(zhì)模型用具有離散結(jié)構(gòu)的損傷材料進(jìn)行模擬,將損傷變量的概念引入,具體描述了材料裂紋從細(xì)部到宏觀上的整個(gè)過(guò)程。

(2)細(xì)觀損傷力學(xué)。細(xì)觀損傷力學(xué)根據(jù)材料細(xì)觀成分的單獨(dú)的力學(xué)行為。

四、斷裂力學(xué)與損傷力學(xué)的相互關(guān)系

損傷力學(xué)中，材料的破壞有變形慢慢發(fā)展而來(lái),損傷遍布和蔓延著材料的整個(gè)過(guò)程,損傷力學(xué)研究了材料的損傷變化過(guò)程中的所有性能變化。因此,為了更加切合實(shí)際,所以研究物體破壞,就要把斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)二者結(jié)合起來(lái)

五、結(jié)語(yǔ)

宏觀意義上的斷裂力學(xué)也即就是傳統(tǒng)意義上的斷裂力學(xué),他研究了材料本身的一個(gè)指標(biāo)，斷裂韌性指標(biāo)。但對(duì)于材料組織結(jié)構(gòu)的作用，卻沒(méi)有完整正確的解釋說(shuō)。也就是材料是如何獲得不同水平上的抗裂能力的。伴隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，損傷力學(xué)理論、測(cè)試手段、技術(shù)能力亦不斷發(fā)展,損傷力學(xué)將得到更為廣泛的應(yīng)用。