第八章_损伤测量.ppt

第八章 损伤的测量 第一节 损伤测量概述 第二节 直接测量法 第三节 间接测量法 第四节 各种测量方法的比较 第一节 损伤测量概述 一切损伤本构方程都带有能反映材料损伤性质的参量，它们均须经由实验测定。随着损伤力学的理论发展，相应的实验方法也得到了发展。 1）损伤实验测量的要求： （1）所测得的实验数据能满足建立损伤演变律和对每一种材料辨别其不同损伤特征的需要； （2）可应用于现场实时监测工件的损伤，以控制和保证工作的可靠性； （3）能对已破损零件进行损伤成因测定，为分析事故发生的原因提供依据。 2）损伤测量的分类 目前有关损伤的检测方法可概括为直接测量法和间接测量法两大类型。 （a）直接测量法：用金相学等观测方法直接测试材料中各种微细观缺陷的数目、形状大小、分布状态、裂纹性质（张开型或滑移型）、以及各类损伤所占的比例，进而计算出材料的损伤度。 如切片进行电镜观察、扫描电镜结合复印技术、渗透X光观测、CT（断层扫描）技术、增强X射线和软X射线等手段。 （b）间接测量法： 由于材料的微结构状态决定了其宏观物理行为（力、光、声、热、电、磁性能），因此可以通过测试材料的某种物理量和机械性能量的变化来描述损伤的状态和损伤的发展。 如从电阻、声速等物理量的变化，或从刚度、强度、塑性变形、疲劳极限、剩余寿命等机械性能量的变化来描述和间接地判断村料的受损程度。 在测试手段方面，可用激光全息、云纹法、散斑法、光弹法等进行位移场测试来描述损伤场的分布；或用热象仪、振动热象仪等测试温度场分布来判别损伤区的分布；以及用超声、声振、声发射、X射线、散射等无损检测技术监测损伤的发展规律。 （c）两种方法的比较 * 直接测量法：测得的结果具有明确的物理意义，但较难建立起与材料宏观力学行为的联系。 * 间接测量法：结果本身就是一种宏观力学量和物理量，便于工程实际应用，但很难与材料内部缺陷的损伤建立联系。 要解决这项困难，需建立微、细观损伤力学模型进行分析研究。因此，采用何种检测方法，须针对所研究的受损材料，考虑各种方法的优缺点和可行性，合理选用。 最好的办法是既能直接观测到在不同受力状态下和受载过程中（包括温度，环境影响等）材料内部的损伤缺陷及其发展规律，又能便于建立损伤模型来描述这些受损材料的的宏观力学行为。 第二节 直接测量法 直接测量法就是在细观尺度上计算表面上的总裂纹面积。 该测量可由观测断口形貌来实现。如果要观测一个大约100mm2截面典型体元的形貌，对于金属需要放大1000倍，而对于混凝土则需要放大到1到10倍。这种方法自然是破坏性的，使用时也是令人厌烦的。 如果损伤在典型体元上是由不完全均匀的微裂纹组成的，任何截面都几乎不可能得到一个裂纹，那么，损伤只能根据观测平面上微裂纹的截面与观测平面的交线来计算。 等效的各向同性损伤可由以下步骤得到：取一个晶格尺寸为d×d×d并含有n个晶格的单元，每个晶格都包含一个不同外型、尺寸为ai的裂纹。为了简便，假定裂纹为方形的，则每个晶格中裂纹面上的损伤为： 在含有n个晶格的观测平面上，等效各向同性损伤可看作每个晶格损伤的平均值，这是使各离散量均质以便定义一个连续变量的最简单方法： 如果考察尺寸为l2的断口形貌图，n个晶格对应n个裂纹，则该显微表面可表达为： 损伤值简化为： 第三节 间接测量法 1）物理性能量 （a）密度法 对纯韧性损伤，损伤是在体内孕育和发展的孔洞，这意味着韧性损伤会导致体积增加。材料在质量不变的情况下，因其体积增加而使密度下降，因而可用密度的下降来换算ω。 **　球形孔洞 　　　近似假设缺陷是球形空洞，考虑一原半径为R，质量为m的球形体元。变形时，球形体内发展出一个半径为r的球形空洞。 　　若以　 表示无损状态时的密度； 表示损伤状态时的密度。材料的损伤度ω可由下式导出： ** 柱形孔洞： 假设一根原来质量密度为 的柱形棒在单调加载下受损。卸载后密度变为 ，则质量： 式中A和l是横截面积和长度。 如果其有效横截面积是 ，则有： 于是： （b）电位法 可以通过测定损伤前后材料两端的电位变化和弹性与塑性形变量来确定损伤。 材料中