【正文】 將會導(dǎo)致組件失效（斷裂）。對含裂紋體的損傷力學(xué)分析也是該領(lǐng)域中特別引人注目的一個專題。關(guān)于各向異性損傷理論的研究也取得了新的進展。為了研究有損材料的本構(gòu)關(guān)系，須首先建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ兔枋黾?xì)觀亞結(jié)構(gòu)的特性。他研究的是無限大基體中軸線相互平行的無限長圓柱形孔洞，在遠(yuǎn)場拉應(yīng)力σr和軸向拉應(yīng)力σs作用下的孔洞長大問題。80年代中期，能量損傷理論和幾何損傷理論相繼形成。后來，拉博諾夫(Rabotnov)又引入了“損傷因子”的概念。②應(yīng)力腐蝕問題:指在環(huán)境介質(zhì)(腐蝕介質(zhì)和某些非腐蝕介質(zhì)〉和拉應(yīng)力共同作用下材料的斷裂問題，③疲勞裂紋擴展問題:疲勞是在交變載荷作用下材料中裂紋形成和擴展的過程，斷裂力學(xué)主要用于研究疲勞裂紋的擴展問題。彈塑性斷裂力學(xué)雖取得一定進展，但其理論迄今仍不成熟，彈塑性裂紋體的擴展規(guī)律還有待進一步研究。線彈性斷裂力學(xué)可用來解決材料的平面應(yīng)變斷裂問題，適用于大型構(gòu)件(如發(fā)電機轉(zhuǎn)子，較大的接頭，車軸等)和脆性材料的斷裂分析。對于韌性材料，短裂紋平面應(yīng)力斷裂問題，特別是裂紋體內(nèi)出現(xiàn)大范圍屈服和全面屈服情況可采用此法。同時把G定義為“能量釋放率”或“裂紋驅(qū)動力”，即裂紋擴展過程中增加單位長度時系統(tǒng)所提供的能量，或裂紋擴展單位面積系統(tǒng)能量的下降率。 斷裂與損傷力學(xué)的發(fā)展過程以及要解決的問題 斷裂力學(xué)的發(fā)展簡史及要解決的問題斷裂力學(xué)理論最早是在1920年提出。當(dāng)時Griffith為了研究玻璃、陶瓷等脆性材料的實際強度比理論強度低的原因，提出了在固體材料中或在材料的運行過程中存在或產(chǎn)生裂紋的設(shè)想，其內(nèi)容是：結(jié)構(gòu)體系內(nèi)裂紋擴展，體系內(nèi)總能量降低，降低的能量用于裂紋增加新自由表面的表面能，裂紋擴展的臨界條件是裂紋擴展力(即應(yīng)變能釋放率)等于擴展阻力(裂紋擴展，要增加自由表面能而引起的阻力)。1949年Orowam E在分析了金屬構(gòu)件的斷裂現(xiàn)象后對Griffith的公式提出了修正，他認(rèn)為產(chǎn)生裂紋所釋放的應(yīng)變能不僅能轉(zhuǎn)化為表面能，也應(yīng)轉(zhuǎn)化為裂紋前沿的塑性應(yīng)變功，而且由于塑性應(yīng)變功比表面能大得多以至于可以不考慮表面能的影響，其提出的公式為常數(shù)該公式雖然有所進步，但仍未超出經(jīng)典的Griffith公式范圍，而且同表面能一樣，應(yīng)變功U是難以測量的，因而該公式仍難以應(yīng)用在工程中。1968年賴斯(Rice)提出圍繞含裂紋體裂紋尖端的一個與路徑無關(guān)的回路積分，定義為二維含裂紋體的J積分。線彈性斷裂力學(xué)還主要用于宇航工業(yè)，因為在宇航工業(yè)里減輕重量是非常重要的，所以必須采用高強度低韌性的金屬材料。目前主要的研究內(nèi)容有：裂紋的起裂條件。④非金屬材料的斷裂問題。他們?yōu)閾p傷力學(xué)的建立和發(fā)展做了開創(chuàng)性的工作。各國學(xué)者相繼的研究成果，對損傷理論的形成和發(fā)展都做出了有益的貢獻。為使模型簡化Mcclintock假設(shè)初始半徑為γ的孔洞以等間距ι平行排列，孔洞之間不存在交互作用。模型的一個突出特點在于摒棄了無限大基體的概念而將有限尺度的孔洞嵌套在有限尺度的基體中。隨著世界科學(xué)技術(shù)的進步和我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，損傷理論的研究和應(yīng)用正在得到進一步的發(fā)展。已有的一些工作表明：無論是對于蠕變、塑性、脆性，還是對于疲勞計算及損傷的裂紋性質(zhì)都顯著有別于經(jīng)典斷裂力學(xué)中的理想情形。大體上，已經(jīng)被觀察到疲勞的過程包括下列階段：（1）裂紋成核，(2)短裂紋擴展，(3)長裂紋擴展，和（4）最終斷裂。階段1裂紋成核作用和生長通常被考慮在當(dāng)?shù)氐淖畲蠹羟袘?yīng)力平面上是橫跨一有限長度的一些顆粒的級的初次的短裂痕擴散。這個裂紋尺寸范圍典型地在大約 毫米。裂紋成核作用位置是貝殼的中心，而且裂紋似乎從成核作用位置向外擴展，通常以放射的方式。這一個邊緣的尺寸取決于荷載，材料和其他的條件。直接法是指由有限元法計算輸出的應(yīng)力或位移求K值。它的基本思路是選擇以級數(shù)展開形式的函數(shù)作為滿足雙調(diào)和方程和裂紋表面邊界條件的應(yīng)力函數(shù)，通過邊界條件來確定有限項級數(shù)中的待定系數(shù)。它以定義在邊界上的邊界積分方程為控制方程，通過對邊界分元插值離散，化為代數(shù)方程組求解。由此可見，邊界元法的關(guān)鍵在第(1)步，即如何實現(xiàn)由微分方程邊值問題轉(zhuǎn)化為邊界積分方程問題，而后面幾步則是對導(dǎo)出的邊界積分方程的數(shù)值解法及后續(xù)計算工作。它們質(zhì)輕、硬度高、強度高，適宜在中溫下工作，具有應(yīng)用前景，有可能成為一種新的結(jié)構(gòu)材料。 新型復(fù)合材料損傷及其斷裂破壞理論目前存在比較多的新型復(fù)合材料主要有以下幾種：1） 樹脂基復(fù)合材料 新型樹脂基復(fù)合材料主要是從樹脂基體和增強材料兩方面進行改進的。如果裂紋有足夠的長度，裂紋尖端剪應(yīng)力有可能引起界面發(fā)生破壞，導(dǎo)致裂紋轉(zhuǎn)向纖維方向擴展。基體設(shè)為冪硬化材料N為硬化指數(shù)，EM為楊氏模量，為初始屈服應(yīng)力。由此可以看出，基體裂紋、界而脫粘、纖維斷裂或拔出等多種損傷形式的存在是碳/碳復(fù)合材料疲勞行為的一大特點。4） 陶瓷基復(fù)合材料 陶瓷材料具有耐高溫、高強度、高硬度及耐腐蝕性好的特點，但其脆性大的弱點，限制其更廣泛的應(yīng)用。并且從能量平衡的觀點建立了脆性斷裂判據(jù)，即裂紋體的裂紋失穩(wěn)擴展的判據(jù)。伊爾文—奧羅文通過對金屬材料的實驗研究發(fā)現(xiàn)，裂紋失穩(wěn)擴展前，在裂紋尖端總有塑性變形存在，指出裂紋擴展所釋放的彈性變形能不僅支付于表面能的增加，而且大量地為塑性變形所吸收，稱為塑性變形功。G表達(dá)式通過計算得到，Gc可由實驗測定。的量綱為公斤/毫米2/3由于研究范圍只限于裂紋尖端附近區(qū)域的應(yīng)力場，即在r很小的范圍內(nèi)，所以在( 2 9)式中忽略了r的高階項(如r0，r1/2，r3/2，r2/6 等項)。公式( 2 9)表示應(yīng)力場有Y1/2階奇異性。這一理論不僅指出了產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷的原因(宏觀裂紋失穩(wěn)擴展的結(jié)果)，而且對斷裂給出了新的表征參量，從而定量地得出了斷裂判據(jù)，所以使它成為斷裂力學(xué)的理論基礎(chǔ)。相比之下，完全可以略去表面能的消耗。當(dāng)裂紋擴展單位面積所釋放的彈性變形能剛好大于裂紋擴展單位面積所吸收的表面能時，裂紋失穩(wěn)擴展，由于失穩(wěn)擴展的速度很快，可認(rèn)為與外界沒有能量的交換，故得斷裂判據(jù)為: (11)式中:為裂紋擴二單位面積時裂紋體彈性變形能減小量，稱為能量釋放率，又稱為裂紋擴展力，用G表示，其單位是公斤/毫米；為裂紋擴展單位面積時所吸收的表面能，稱為裂紋擴展阻力，又稱為斷裂韌性，用表示，單位亦是公斤/毫米。陶瓷基復(fù)合材料已經(jīng)實際應(yīng)用和即將實際應(yīng)用的領(lǐng)域有刀具、滑動構(gòu)件、發(fā)動機構(gòu)件、能源構(gòu)件等。界而結(jié)合的強弱直接影響著材料疲勞性能的發(fā)揮，疲勞壽命的長短以及疲勞斷裂的方式，但界而粘合并不是越強越好。它是將碳纖維物質(zhì)經(jīng)過特殊工藝使之多次碳化和石墨化后，作為增強體制成的復(fù)合材料。Reifsnider K L等人的試驗觀測表明，在到達(dá)特征損傷狀態(tài)CDS（Characteristic Damage State )之前，這樣的新裂紋會一直產(chǎn)生下去。熱固性樹脂具有難熔和不溶解、只能一次性加熱成型、一般不能再生的特點；熱塑性樹脂具有可溶解、加熱軟化和熔融，遇冷變硬并可重復(fù)進