[讨论]关于损伤力学

aspen

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。1963年Rabotnov又定义了损伤因子的概念。在其后的一二十年当中，以Lemaitre，Chaboche，Hult，Lechie，Krajcinovic，Rousselier等为代表的一批学者，针对损伤力学的基本概念、方法等做了大量开创性的工作，这不仅使其框架渐渐明晰充实，而且还把它的适用领域从最初的蠕变分析，推广到对于弹性、塑性、粘塑性、脆性及疲劳等损伤现象的分析 [29,30,31]；而其所描述的材料，也从金属扩展到复合材料、陶瓷、混凝土等非（纯）金属材料。由于损伤力学已表现出可观的理论价值与应用前景，这使其逐步上升为固体力学的一个新兴分支，并已成为目前国内外力学界所关注的一个十分活跃的研究领域。
然而，从损伤力学发展的现状来看，其相当一部分工作是关于基本理论的，而关于损伤力学算法的研究则显得相对薄弱。目前，关于构件损伤分析的算例，一部分是针对简单受力情形的（如控制应力或控制应变的一维拉伸或纯剪），而对于复杂的问题则采用的是损伤耦合的有限元法。对含裂纹体的损伤力学分析也是该领域中特别引人注目的一个专题。已有的一些工作表明：无论是对于蠕变、塑性、脆性，还是对于疲劳，计及损伤的裂纹性质都显著有别于经典断裂力学中的理想情形。
这些工作虽然已将损伤力学从理论研究向实际应用朝前推进了一大步，但已有的进展还显得不够充分，尚有待于人们进一步的努力。

1.3.2损伤力学研究方法
用损伤力学方法对材料的力学特性进行研究，首先要对材料变形过程进行宏观和微观的实验观察，根据材料损伤演变的微观现象及其宏观表现，采用唯象方法，选择适当的损伤参数，作为本构关系中的内变量建立方程。如何建立能够正确反映材料的损伤本质的损伤演化方程，是未来工作的核心。

绿荷雨丝

请问损伤力学如何学习？  
Posted by: panhua007
Posted on: 2004-10-16 21:46

前面有热力学的东西，头都大了！
张量也很令人费解！
有没有大侠指一条明路，谢谢！  

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Posted by: yongjq
Posted on: 2004-10-24 09:34

张量是学习力学的入门知识，徐芝纶的《弹性力学简明教程》有论述。热力学的东西可以先略过，对学习损伤力学影响不大。  

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Posted by: liuzhanke
Posted on: 2004-10-28 22:37

《损伤力学》，是在弹性力学的基础上，通过在本构方程中引入损伤变量，考虑材料的力学性能的劣化。学习损伤力学，张量分析是第一关，而张量其本身就是比较高深的东西，我的看法是，下狠工夫把张量学懂，国内比较好的教材有清华黄克智的《张量分析》，西安交大李开泰等的《张量分析及应用》，还有余天庆的《张量分析及演算》，如果哪里不懂，把它抄一遍，这是在较高层次的学习中很有效的办法。
至于《损伤力学》，国内出版了法国著名损伤力学家J.勒迈特的译著《损伤力学教程》（科学出版社，1996），还有清华余寿文，西安交大楼志文，以及余天庆《损伤理论及其应用》（国防工业出版社），杨光松《损伤力学与复合材料损伤》（国防工业出版社）等。
考虑损伤，结构分析才真实，其做为一门基础学科对结构专业很有帮助，好好学吧！  

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Posted by: chen526523
Posted on: 2004-10-29 17:30

我还是第一次听说《损伤力学》，感觉好渺小啊！知识面太小了！现在感觉就是快补吧！顺便问一下，做为结构工程师，学习什么是最重要的？  

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Posted by: liuzhanke
Posted on: 2004-10-31 19:31

我不认为学习损伤力学可以跳过热力学而进行下去！损伤力学属于宏观连续介质力学，处理的是耗散系统，因整个的损伤过程为一不可逆过程，在损伤的不可逆过程中伴随着材料内部的能量耗散。作为一个不可逆热力学过程必须满足能量守恒方程（热力学第一定律）和熵不等式（热力学第二定律）。跳过热力学部分能真正理解损伤力学的概念和内容吗？  

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Posted by: shaochj
Posted on: 2004-11-22 12:14

本人也认为学好损伤力学，张量分析、弹性力学、塑性力学、热力学是基础。但常见的张量分析教程一般讲述到二阶，而损伤张量往往为高阶（四阶、六阶等），对于高阶张量的展开存在相当的难度。各路高手推荐一下关于高阶张量的教程吧！  

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Posted by: liuzhanke
Posted on: 2004-11-26 22:02

关于“高阶张量”的展开，在损伤力学的学习中确是件让人头疼的事。且正如楼上所说，“张量”的教材中几乎不讲高阶张量。其实。只要掌握二阶张量的展开，其余都可类推。
如果需要进一步学习，可参阅清华大学出版社黄克智的两本书《张量分析》及《固体本构关系》，另外多做一些练习是有帮助的。  

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Posted by: liuzhanke
Posted on: 2004-12-17 10:54

刚参加完<损伤力学>的考试,感觉还不错.只是那么艰深的课程,老师竟然要求闭卷考,可苦坏了我们.
总的感觉,<损伤力学>很难学懂,里面一些概念都是全新的,又加进了热力学的第一第二定律,理解起来较费劲.但学习损伤力学还是可以有规律可循.
我的感觉是,一定要动手把书上的公式定理定律推导一遍,乃至几遍.很多东西我们看能看懂,但真正要自己背过课本写出来,并不是我们想象的那样,很顺利得到的.所以,一定要动手.
另外,多找一些相关的书籍辅助理解,必要时还得翻以前学过的知识.目前出版的教材起点较高,对学工的同学不利,这更需要我们多动手.  

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Posted by: shaochj
Posted on: 2004-12-17 20:38

Lamaitre认为：任何对于损伤材料所建立的应变本构方程都可以用与无损伤材料同样的方式导出，但其中的应力替换为等效应力。说白了除了损伤张量的引入使得应力、应变在无损构形和实际构形存在转换外，与一般的固体力学的表达方式没有很大的差别。见笑！  

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Posted by: helio
Posted on: 2004-12-23 14:05

小弟在读研期间跟余天庆老师学习过一段时间的损伤力学。

我感觉热力学部分的东西对于理解损伤理论，描述损伤的发展，累积过程是不可或缺的。

损伤理论分为能量损伤理论和几何损伤理论。

能量损伤理论根据能量守恒定律，一个受到力或其他作用影响的物体在损伤发生前和损伤发生后的能量是不会改变的。只是由于损伤发生，一部分应变能转变成热能或其他形式的能量。描述这个过程是能量损失理论（勒梅特一派）的关键，用到种种热力学知识，而且由于损伤发生以后是不可逆的，描述损伤的发展特别是累积也要用到了熵的理论。

还有一派是几何损伤理论。小弟资质愚鲁，搞不懂里面关于分形啊什么的东西。

还有就是张量！这个东西实在是难学，非常不好理解，要做大量的题练习。我上完损伤的课程之后还是对张量一知半解，到写论文的时候会用那么一点点。到现在工作两年画了两年图又什么都不懂了。汗颜啊……

损伤理论已开始提出好像是为了满足航空工业的需要吧，在土木生产领域现在还很少有规模的实用性。在科研领域做的人倒是挺多的。哈工大的欧进萍老师也是损伤尖兵（当然欧老师是大家，各个领域都是我等望尘莫及di），记得看过他一片论文关于描述地震时结构损伤水平，损伤累积的，感觉相当有搞头！时下国内外都很流行所谓基于性能的（performance based)抗震设计，如果这个关于地震损伤的东西搞出来了，就是真正量化评价结构在地震中的性能，破坏水平，残余工作能力的指标！不然的话这个“基于性能”的性能大家各说各的，还真不是回事儿。

小弟我很久没看论文了，说的如有荒腔走板，大家见笑了。  

glise

《损伤力学及其应用》
内容提要 本书首先介绍损伤力学的基本概念、基本原理和损伤唯象理论的基本问题;然后进一步介绍材料损伤理论的本构模拟，包括各向同性和各向异性材料损伤、混凝土等脆性材料的本构损伤关系和损伤宏、细、微观理论的研究。书中最后介绍结构损伤分析的理论和方法及其在结构工程实际中的应用。
本书可作为力学、材料、土木、机械及相关专业研究生的教材，也可供高年级本科生、一般工程技术人员和相关领域研究人员参考。
第一章 绪论
1·1损伤力学的发展历史
1·2工程中的损伤力学问题
1·3损伤力学的研究方法概述
1·3·1金属物理学方法(细观方法)
1·3·2唯象学方法(宏观方法)
1·3·3统计学方法
1·3·4宏细微观相结合的研究方法
第二章 损伤力学的基本概念和基本原理
2·1KaChanov损伤概念及其延伸
2·2损伤类型及损伤变量
2·2·1损伤类型
2·2·2损伤变量
2·3损伤唯象理论的基本方程
2·3·1连续介质力学基础
2·3·2不可逆热力学基础
思考题
第三章 各向同性损伤问题及其本构模拟
3·1有效应力和应变等效原理
3·1·1有效应力
3·1·2 应变等效原理
3·1·3有效应力概念的推广
3·2自由能函数、损伤耗散势和损伤演化方程
3·2·1热力学势(自由能函数)
3·2·2耗散势
3·3各类损伤问题及其本构模拟
3·3·1延性损伤模型及其应用
3·3·2疲劳损伤模型及其应用
3·3·3蠕变损伤模型及其应用
思考题
第四章 各向异性损伤理论
4·1材料损伤机理及其各向异性损伤性能
4·1·1弹性和弹塑性损伤
4·1·2剥裂损伤
4·1·3蠕变损伤
4·1·4疲劳损伤
4·1·5蠕变疲劳损伤
4·2各向异性损伤变量的定义及其物理意义
4·2·1基于有效面积减小的材料损伤变量定义
4·2·2其他各向异性损伤模量
4·2·3有效应力的要求
4·3 各向异性损伤模型及其应用
4·3·1弹性和弹塑性损伤
4·3·2剥裂损伤
4·3·3蠕变损伤
思考题
第五章 混凝土等脆性材料损伤理论
5·1混凝土、岩百类材料中的损伤现象和损伤机制
5·1·1损伤现象
5·1·2损伤机制
5·1·3损伤的观察和测量
5·2混凝土损伤本构模拟
5·2·1Loland模型和Marzars模型
5·2·2Krajcinovic损伤模型
5·2·3徐变损伤模型
5·3脆性材料非弹性性能的损伤本构模拟
5·3·1材料的应变率相关性和黏塑性
5·3·2损伤演变规律
5·3·3一维问题参数讨论及模拟计算
5·3·4损伤面和屈服面
5·3·5复杂应力状态下黏塑性损伤本构方程
5·4脆性材料局部损伤和软化的本构模拟
5·4·1塑性软化本构关系
5·4·2黏塑性软化本构关系
5·4·3软化模拟计算
思考题
第六章 材料损伤理论研究的方向和趋势
6·1损伤力学和断裂力学的结合
6·1·1虚裂缝模型
6·1·2模糊裂缝、钝裂纹或裂纹带的概念
6·2唯象损伤模型的细观力学基础
6·2·1 内变量理论
6·2·2损伤变量
6·2·3应变能密度
6·2·4运动学方程
6·2·5结论
6·3材料宏观变形响应与损伤细观演化之间的关联
6·3·1问题的提出
6·3·2实验细节
6·3·3表面裂纹图像处理及其量化
6·3·4实验结果及其探讨
6·3·5裂纹演化和变形响应之间的关联
6·4损伤的宏、细、微观相关理论研究
6·4·1基于细观结构几何形状和不可逆变形的运动学建立的损伤模型
6·4·2基于微裂纹的细观模式建立的损伤模型
6·4·3宏观和细观结合的损伤模型研究的共同特点
第七章 结构损伤分析理论
7·1结构损伤类型及实例
7·1·1结构损伤类型
7·1·2结构损伤方式
7·2结构损伤力学定解问题
7·2·1一般性描述
7·2·2结构脆性损伤分析的定解问题
7·2·3结构蠕变损伤分析的定解问题
7·3损伤结构的有限元分析
7·3·1便于有限元计算的损伤本构方程表达式
7·4损伤结构有限元分析方法及其实施策略
7·4·1有限元分析方法
7·4·2损伤与变形耦合计算的特点及方法
第八章 损伤力学在工程中的应用
8·1混凝土重力坝坝底裂纹追踪
8·2钢筋混凝土梁的徐变损伤分析
8·3大跨钢桥结构的疲劳损伤分析
8·3·1钢桥疲劳损伤问题
8·3·2钢桥高周疲劳的损伤力学模型
8·3·3桥梁疲劳损伤监测和疲劳寿命评估
8·3·4桥梁结构疲劳损伤的有限元分析
8·3·5桥梁结构疲劳损伤分析和疲劳寿命评估
8·4损伤力学应用前景展望
思考题
参考文献

linlin820

现在损伤力学用的多吗？他的应用前景怎么样？主要存在哪些问题？

aspen

损伤力学主要应用于材料结构疲劳蠕变破坏方面，从目前的研究情况看，用连续损伤力学的方法估算元件蠕变与疲劳寿命在理论基础上是最严谨的, 并且理论研究进展较快。但由于方法较新, 积累的实验数据及应用实例不很充分, 而且有些参数测定复杂, 所以此种方法的推广应用尚需时日。

nuaa123

用于复合材料呢？？？

aspen

不好意思，没太懂你的意思
不知道你是不是说损伤力学在复合材料力学性能方面的应用？

多情清秋

直接指出是复合材料方面的研究现在见的还不多
混凝土算是是复合材料的话那挺多

建议看一下上面那本书，介绍的还算可以的

摇摇

楼主,这东东是哪里来的?
我找了很久了.
谢谢

lorry

清华余寿文的《损伤力学》写的较好。

8820281

有没有损伤生物力学的阿

sch623

那位大师有关于“损伤力学”的电子文档，拜托传给我：sch623@yahoo.cn:loveliness: :loveliness:

wanyeqing2003

没想到损伤力学涉及面这么广，内容怎么多，发展的这么快。看来不学习是不行的了。

qd0532aq

损伤力学理论比较完善，但是应用比较困难。主要是合理选取损伤参量、如何描述损伤参量。

qd0532aq

损伤力学能比较好地描述跨尺度的问题。