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工程材料缺陷体的强度分析理论

发布于:2016-06-18 18:51
强度分析

      任何工程材料都是包含有大量缺陷(如空穴、杂质、位错、微孔、微裂纹等)的固体,在缺陷连续统理论中它们被统称为缺陷体。由于这类细微的缺陷数目众多,分布规律也难于掌握,因此要精确研究它们对材料强度分析是一件非常复杂和困难的事情。为解决此问题,建立在材料力学、结构力学、弹性力学和塑性力学基础之上的经典强度分析理论,是将原始材料视为无缺陷体,并把实际存在的各种缺陷对材料强度的影响,用某些宏观可测的材料参数,例如材料的强度(或屈服)极限来反映和描述。
      因此,虽然在上述经典理论中并未考虑实际存在着的大量随机分布于材料之中的细微缺陷的影响,但由于其影响已在引入的强度(或屈服)极限参数中得到了体现,所以经典强度分析理论的计算结果依然与实际情况比较吻合。
      需要指出的是,如果构件中除包含有随机分布的细微缺陷外,还包含着某些宏观缺陷(例如宏观孔洞或裂纹),则上述经典强度分析理论就不再有效,孔附近的应力集中理论和断裂力学理论就是为解决这类问题应运而生的固体力学新分支。另外,即使不包含宏观缺陷,但在长期荷载或交变荷载的作用下,上述随机分布的原始细微缺陷也往往会逐渐演变成为宏观缺陷,从而导致构件在经典强度分析理论认为是安全的荷载作用下突然失效。
      鉴于孔附近的应力集中理论和断裂力学理论都已比较趋于成熟,而长期荷载或交变荷载作用下的问题则因需要考虑材料流变及疲劳这类比较复杂因素的影响,以致于目前还停留在借助于试验解决问题的阶段。本研究将着重讨论解决后一问题的更为理性,并具有普适性的缺陷体强度分析理论。
      从宏观的角度出发,可以把随机分布于原始材料(即缺陷体)之中的,实际上并不连续的众多细微缺陷,用一个连续的损伤变量来描述,从而将缺陷体的应力、应变分析转化为一个损伤力知识题来进行讨论。在引入损伤变量之后,由于相当于新增加了一个未知函数,所以问题的基本方程组也需增加与之相应的损伤演变方程,才能使问题的基本方程组成为封闭的,而且损伤变量对应力、应变关系等其它方程的影响,也要在新的基本方程中得到恰当的体现。在热力学上,损伤变量的演变过程可以被看作是材料内部结构的一种不可逆的,需要消耗能量的演变过程,因此损伤变量可视为一种内部状态变量(简称内变量),这样损伤力学的基本方程组就可在现代连续介质力学内变量理论的框架内建立起来。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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