斷裂與損失力學的發展

(重慶交通大學　重慶　400000)

為解決結構性質的斷裂開展了一門研究力學，斷裂力學。它將各類力學和工學緊密結合,是一門涵蓋各領域的力學專業課。力學一步步的發展到現在,人們意識到,傳統意義上的的強度理論指標已經無法很大程度保障結構的安全,一般按照傳統意義上的設計理念去設計材料的強度和韌度,然而材料有時極抵的應力威脅到材料的安全。

材料內部所產生的缺陷引起了宏觀力學知識材料發生結構上的損傷，我們稱之為損傷力學。現如今有很多理論,中國學者認為巖體材料內部所含裂紋缺陷分布的隨機性出發，使用微型元的一般性分布，采取產生損傷微元數量的比例大小來定義損傷產生的變量。但任然存在一個問題就是無法解釋宏觀上的現象，此外巖石材料的損傷學一般是通過做實驗來獲得的,其研究試件由于尺寸上的特點使得實驗結果和實際差別比較大;研究內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,對各種卸載條件下的研究還不夠。

一、斷裂力學與損傷力學研究的內容

斷裂力學主要考慮荷載大小和裂紋長度兩個方面的內容，研究有一條宏觀裂紋的構件，隨著服役時間后使用次數的增加，裂紋總是愈來愈長。在工作載荷較高時，比較短的裂紋就有可能發生斷裂；在工作載荷較低時，比較長的裂紋才會帶來危險。這表明表征裂端區應力變場強度的參量與載荷大小和裂紋長短有關，甚至可能與構件的幾何形狀有關。

二、斷裂力學解決問題的思路

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

(1)裂紋結構形式的變形和受力;

(2)反映材料減弱裂紋發展的的試驗方法

(3)在給定載荷(單調的或交變的、脈沖的)作用以及在工作介質的作用下,裂紋擴展的規律;

(4)應用斷裂力學于結構選材和結構的安全評定等.

2.斷裂力學在研究上的方法特點是:從塑性力學和彈性力學方程的角度出發,將裂紋當作為一種應力邊界的條件,考察裂紋頂端的位移場、應變、力場,依據實驗去建立和斷裂物理參照量的關系。

三、損傷力學解決問題的思路

1.損傷力學具體地說，它可列舉為：

(1)從固體力乳固體物理與不可逆過程熱力學的角度定義與量測損傷；

(2)從細觀的方法或宏觀的方法，建立考慮損傷的本構關系及損傷演化方程；

(3)給出相應的損傷力學的初、邊值問題的提法(或相應的變分提法).并將連續介質損傷力學用于結構破壞分析；

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

2.損傷力學以處理方法的不同分為兩類：

(1)連續損傷力學。將連續介質模型用具有離散結構的損傷材料進行模擬,將損傷變量的概念引入,具體描述了材料裂紋從細部到宏觀上的整個過程。

(2)細觀損傷力學。細觀損傷力學根據材料細觀成分的單獨的力學行為。

四、斷裂力學與損傷力學的相互關系

損傷力學中，材料的破壞有變形慢慢發展而來,損傷遍布和蔓延著材料的整個過程,損傷力學研究了材料的損傷變化過程中的所有性能變化。因此,為了更加切合實際,所以研究物體破壞,就要把斷裂力學和損傷力學二者結合起來

五、結語

宏觀意義上的斷裂力學也即就是傳統意義上的斷裂力學,他研究了材料本身的一個指標，斷裂韌性指標。但對于材料組織結構的作用，卻沒有完整正確的解釋說。也就是材料是如何獲得不同水平上的抗裂能力的。伴隨著科學的不斷進步，損傷力學理論、測試手段、技術能力亦不斷發展,損傷力學將得到更為廣泛的應用。