低合金结构钢及其焊缝热影响区的韧性损伤演化行为

采用损伤力学方法研究了低合金结构钢及其焊缝热影响区近缝粗晶区的韧性损伤演化行为。从不可逆热力学出发，建立了一般韧性损伤模型。然后用一种新的交流电住损伤测量系统，测得了该钢及其模拟粗晶区的韧性损伤演化规律，得出了相应的损伤演化方程。讨论了应力三轴度对损伤演化和破坏的影响。结果表明，粗晶区及其母材的损伤分别遵循非线性和线性规律；前者的损伤生长速度远高于后者，但其临界损伤值和断裂应变远低于后者。     

非晶态高聚物裂尖银纹损伤场

在非晶态高聚物裂端塑性区引入银纹损伤，提出了一个修正的Dugdale模型，并由它确定塑性区的大小，算例表明，银纹损伤导致了塑性区深度的增加。此外，在Dugdale模型下研究了稳态扩展的端塑性区，在裂纹缓慢扩展、小范围银纹化以及材料为线粘弹性等假定下，由能量原理得到了控制裂纹生长的一个非线性微分一积分方程，从中看到银纹损伤的影响十分显著。     

微裂纹屏蔽问题中守恒积分投影关系

对连续体损伤力学在微裂纹屏蔽问题中应用的Ｊ积分守情理假设提出质疑，用理论分析和电算实践证明了远场Ｊ积分在微裂纹损伤区中的再分配关系。即ＪＫ矢量的投影守恒关系。在这一关系中，被Ｈｅｒｒｍａｎｎ所轻视的Ｊ２分量起着十分重要的作用，本文的研究表明，Ｏｒｔｉｚ理论应考虑到远场Ｊ积分在损伤区中的损失，并通过计及这一损失做出必要的修正。     

单向拉伸界面裂纹的条形损伤－塑性区域模型

本文提出单向拉伸情况下两相介质界面裂纹的条形损伤－塑性区域模型。假设在塑性区端点的应力有界，且使弱相介质达到屈服，损伤区的尺寸和δ＝成正比的条件；可确定损伤区与塑性区的长度及其上的法向和切向接合力，ＣＴＯＤ值等。由此导出的裂尖应力场无ｒ￣（－１／２＋ｊｅ）的强奇异振荡，位移场无ｒ￣（１／２＋ｉｅ）的振荡项。     

一种弹性损伤材料的Ⅲ型裂纹解

本文用复变函数中保角映射的方法求得了一种弹性损伤材料的 Ⅲ 型裂纹在小范围损伤条件下的全场解。给出了损伤区形状、损伤耗散能、裂纹表面剪开位移及损伤区前方应力分布等数值结果。为校核小范围损伤条件,还计算了距裂纹尖端不同远处本文解与k_Ⅲ 场之差。     

超高速撞击条件下靶体损伤区的数值模拟分析

超高速撞击问题中,靶体损伤区研究能够弥补部分实验中难以精确获取成坑形貌的问题,为撞击机理研究和数值模拟的校验提供重要依据.损伤区的数值模拟研究开展较少,主要原因是缺乏经过实验验证的损伤区判据.本文总结了已有的损伤区定量测量实验结果,发现对于同一种靶体,多种切片显微测试方法得到的损伤区深度比较吻合,这给损伤区分析提供了便利.基于iSALE程序模拟分析了累计塑性应变、损伤因子和峰值压力作为损伤区判断参数的适用性,认为TPS=0.1适合作为损伤判据;D=1可以作为损伤判据,但误差较大需谨慎使用;峰值压力不适合作为损伤判据.通过参数化分析发现,随着孔隙率增大和靶体强度增大,损伤区深度逐渐减小.     

30CrMnSiA材料疲劳损伤的激光检测及其细观机理

利用激光反射衍射谱面光强随疲劳损伤试样表面逐步粗糙化而变化的原理，用一种非接触、非破坏的间接疲劳损伤检测方法，对３０ＣｒＭｎＳｉＡ材料轴线平行于轧制方向（Ｌ）和垂直于轧制方向（Ｔ）两种不同试样进行拉——拉非对称循环疲劳损伤检测，证明谱面光强比Ｋ对疲劳损伤是敏感的；损伤变量Ｄ（Ｋ）和疲劳循环次数Ｎ的关系曲线大致可以分为疲劳损伤的减速、线性和加速损失区，从而对材料进行疲劳损伤检测并对其疲劳寿命进行估计；同时对扫描电镜图像分析得出衍射光强比变化所对应的疲劳损伤细观机理。     

单向拉伸界面裂纹的条形损伤－塑性区域模型

本文提出单向拉伸情况下两相介质界面裂纹的条形损伤－塑性区域模型。假设在塑性区端点的应力有界，且使弱相介质达到屈服，损伤区的尺寸和δ＝成正比的条件；可确定损伤区与塑性区的长度及其上的法向和切向接合力，ＣＴＯＤ值等。由此导出的裂尖应力场无ｒ￣（－１／２＋ｊｅ）的强奇异振荡，位移场无ｒ￣（１／２＋ｉｅ）的振荡项。     

受载高聚物裂尖的损伤和银纹化

采用扫描电子显微镜(SEM)，对高聚物裂尖银纹损伤的引发和演化过程进行了原位观测．将固态高聚物本体材料视为线黏弹体，裂尖银纹区视为非线性损伤区，通过构造银纹区的损伤演化方程，给出了银纹区应力模型和银纹生长规律，数值结果与已有实验吻合良好。     

岩体爆破近区临界损伤质点峰值震动速度的确定

质点峰值振动速度(PPV)是爆破开挖扰动的重要指标,研究确定岩体临界损伤PPV对爆破损伤控制具有重要意义。以溪洛渡水电站640 m高程马道下边坡岩体的爆破开挖为工程背景,依据岩体跨孔声波测试结果,采用基于LS-DYNA的二次开发技术对保留岩体的损伤演化过程进行了数值模拟,结合数值模拟结果研究了爆破近区PPV的分布特征及其与损伤程度的对应关系,结果表明PPV存在门槛值,当PPV大于该值时,岩体的损伤变量从零开始迅速增加至0.8左右,之后随着PPV的增大,损伤增长速度明显减慢,直至岩体完全损伤;分别基于岩体的损伤度、最大拉应力的PPV判据以及近区拉应力峰值与PPV的统计关系等3种方法确定岩体临界损伤PPV,从定量衡量损伤区范围看,常用的基于最大拉应力的PPV判据确定的临界损伤PPV偏小,而其余2种方法确定的临界损伤PPV相对精确。

     

BRITTLE-DAMAGE ANALYSIS OF CRACKS UNDER CONDITIONS OF PLANE-STRAIN TENSILE LOADING

An abrupt damage model, taking full account of finite geometrychanges, is used to study both the shapes of damage zones and the stress strain fieldsfor a plane-strain tensile crack under the small-scale yielding condition. Two typicalcrack-tip damage profiles are simulated by the element vanish technique. The fracturetoughness increment due to damage dissipation is evaluated in terms of the energyrelease rate.     

各向同性弹性损伤的双标量描述

损伤状态的描述是损伤力学中仍未完善解决的基本问题．我们旨在对此问题就最简单的一种情形——各向同性弹性损伤，进行较为全面的研究．首先，指出了古典各向同性损伤理论中，基于应变等效假设，用单个标量损伤变量描述损伤状态的局限性．然后，建立了一个用两个标量损伤变量描述的各向同性弹性损伤模型．此模型解除了古典理论的局限，能完全描述各向同性弹性损伤，并且得到本文数值实验的验证．最后，将本文模型与现有细观力学结果连接，给出了宏细观损伤变量之间的关系，使得细观量可以通过宏观量来反映，建立了一个用细观损伤材料常数描述细观缺陷特征的损伤本构模型     

材料变形及损伤演化的微观物理动力机理

利用微观物理动力学对材料变形及损伤的演化进行了研究。探讨现有的简单应力状态及复杂应力状态的模型之间的内在联系，研究了损伤对材料变形及损伤演化的影响，得到了在考虑损伤时材料的变形及损伤的近似演化方程，该文研究表明微观物理动力学对描述材料的变形及损伤具有广泛可能性。     

复合材料刚度性能表征的协同损伤力学模型

针对复合材料层合板的弥散型损伤,提出一个刚度性能表征的协同损伤力学模型. 该模型兼顾了微观物理损伤响应和宏观材料刚度性能表征. 从微观角度,建立细观RVE 模型求解裂纹表面张开位移和滑开位移,以此定义损伤张量,并在宏观上通过对材料应变和损伤表面位移进行均匀化处理,建立单向板或层合板的损伤刚度矩阵和损伤张量之间的联系. 以基体裂纹为例,详细分析并建立了横向裂纹和纵向裂纹的损伤本构. 计算了[±θ/90₄]_S 铺层层合板中基体横向裂纹对刚度性能的影响,结果表明该方法能够准确地预测复合材料层合板由损伤导致的刚度性能衰减.      

分数维空间中的损伤力学研究初探

结合损伤力学和分形几何理论，给出分数维空间中分形损伤变量定义ω（ｄ，ζ）及其解析表达式．指出欧氏空间损伤变量ω０实际是分数维空间分形损伤变量ω（ｄ，ζ）当维数取Ｅｕｃｌｉｄｅａｎ维数时的一种特例，将欧氏空间损伤变量定义推广到分数维空间，建立起一种兼顾反映损伤细观结构效应和宏观损伤力学分析需要的损伤定义与描述方法．在此基础上，推导了材料损伤演化律和损伤本构关系的分形表达形式．作为例证，文中分析了单调压缩载荷下混凝土损伤及演化行为．实验对比分析表明：分形损伤模型较好地反映了混凝土实际损伤力学行为．     

弹脆性材料的损伤本构关系及应用

本文根据连续损伤力学方法,对弹脆性材料损伤的力学响应进行一般分析。理论分析中,材料与损伤都是各向异性的。还导出了计算损伤张量、有效弹性张量、真实应力张量以及损伤能耗率张量的实用表达式。     

考虑地基侧向永久位移的钢筋混凝土框架结构地震反应分析

定量评价场地破坏对建筑物震害的影响是一个亟需解决的难点问题,现阶段结构震害预测以及灾情再现等震害防御技术中多未考虑场地破坏的影响。地基侧向永久位移（变形）是场地破坏的一种典型破坏形式,往往会引起较严重的建（构）筑物震害。采用OpenSees软件构建一个简化的6层2跨钢筋混凝土框架结构模型,通过输入不同强度且含有永久位移的位移时程,模拟地震中地基侧向永久位移对结构震害的影响。分析结果显示：（1）地基侧向永久位移对结构底层的最大层间位移角起控制作用,即使地基产生0.05 m的侧向永久位移,在地震动强度小于0.4g情况下,底层的最大层间位移角远大于地基未发生永久位移的工况;在地震动强度为0.4g时,结构的最大层间位移角发生在第二层,此时地震动强度决定结构的破坏状态;（2）地基发生0.1 m的永久位移时,永久位移对结构的破坏等级起决定性影响,且影响主要体现在底层的层间位移角,对其他楼层破坏等级影响较小;（3）通过简化模型的数值计算,分析地基侧向永久位移对结构震害等级的影响,解释了地震中场地破坏多会加重房屋结构震害的现象。

     

基于M积分的脆性材料微缺陷等效损伤面积/体积表征

随着脆性材料在工程中的广泛应用,对脆性材料中微缺陷进行统一的损伤水平标定,具有重要的科学研究和工程应用价值. 本研究提出一种基于M积分的材料等效损伤面积/体积标定方法, 以具有相同M积分值的圆孔面积或球孔体积来标定 复杂微缺陷构型的损伤水平,从而实现不同类型微缺陷真实损伤水平的统一表征. 首先,基于Lagrangian能量密度函数推导 了M积分定义式,并简述了M积分的物理意义,基于域积分方法实现二维/三维M积分的数值计算. 随后,提出了基 于M积分的材料缺陷等效损伤面积/体积标定方法,以圆孔面积/球孔体积来标定复杂微缺陷材料系统的损伤水平. 最后, 针对单轴拉伸载荷作用下的二维/三维脆性体含不同缺陷构型,具体计算了椭圆孔、裂纹以及双裂纹、双孔洞、裂纹和孔洞干 涉等复杂缺陷构型情况下的等效损伤面积/体积,并详细分析了缺陷之间的干涉效应及影响因素. 本研究旨在基于M积分等 效方法量化脆性材料中各类微缺陷造成的损伤程度,实现损伤等级标定,有益于工程材料及结构的损伤容限设计及完整性评估.      

粉末冶金材料各向异性连续型损伤模型研究

在采用微裂纹扩展区描述脆性材料损伤状态的基础上,通过引入颗粒度大小和微裂纹概率分布密度函数来研究粉末冶金材料特征体积单元的损伤演化.同时结合Hill自洽模型采用空间混合平均的方法,可考虑粉末冶金材料的微结构特征及微裂纹间相互作用的影响,可描述粉末冶金类材料的各向异性连续型损伤.     

混凝土化学-力学耦合作用的非局部损伤模型

提出了混凝土化学损伤和力学损伤的耦合模型.用损伤变量表示的本构关系模拟混凝土力学性能.分析了化学侵蚀下混凝土损伤发展过程.研究表明,应力软化造成混凝土局部损伤是结构失效的根源.局部化学损伤出现的时候,平衡微分方程不能满足.为了解决这个问题,采用了非局部损伤模型.试验和有限元计算结果表明,混凝土化学-力学耦合作用的非局部损伤模型能够较好地描述受化学侵蚀与荷载共同作用的损伤状态.