《基於構型力學描述材料損傷和失效的新準則》是依託西安交通大學，由李群擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於構型力學描述材料損傷和失效的新準則
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李群
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
對於含複雜缺陷的工程材料損傷與失效問題，傳統的損傷力學和斷裂力學並沒有一套行之有效的判定準則。本課題將基於材料構型力學理論建立材料的損傷與失效新準則。首先，利用構型應力概念表征材料缺陷構型變化以及材料損傷演化過程，進而描述缺陷在載荷作用下的啟裂、擴展、聚合等損傷過程；其次，基於守恆積分概念建立材料巨觀失效的判定準則，把複雜的理論公式簡化到實際工程套用水平，以有效地對材料的破損狀態進行實時評估；最後，利用數字散斑相關技術，開發一種含複雜缺陷材料的構型力損傷準則參數和守恆積分失效準則參數的實驗測量方法。本項目創新性地利用材料構型應力張量作為內變數描述材料內部的損傷演化，利用守恆積分作為外變數描述結構材料的最終失效。其最終建立的微觀損傷演化與巨觀材料失效的新判定準則，可以解決傳統損傷力學和斷裂力學無法解決的含複雜缺陷破壞問題，最終目標是套用於工程材料和結構的損傷與失效評估。
結題摘要
本項目從材料構型力學理論出發，基於構型應力張量發展出新的內變數理論描述材料的損傷演化；利用守恆積分作為外部變數，建立材料失效新準則；並開發構型應力損傷參數和守恆積分失效參數的實驗測量方法。主要研究內容及重要結論包括： [1]基於構型力學的新材料損傷模型。研究中，區別於傳統損傷力學中內變數的概念（如：等效密度，孔洞體積比等），採用構型力作為物體不可逆損傷過程的內變數，該模型可用於描述任何細觀結構缺陷引起的材料劣化過程。 [2]研究中提出了一種描述複合型疲勞裂紋擴展規律的新模型，開發了構型力的有限元計算程式，實現疲勞裂紋擴展的數值模擬。該模型不僅能計算裂紋擴展壽命，而且還可以預測複合型裂紋的擴展方向。 [3]研究中提出一種基於M-積分的材料等效損傷面積/體積標定方法，提出複雜微缺陷構型的損傷水平以具有相同M-積分值的圓孔面積或球孔體積來標定，從而實現不同類型微缺陷真實損傷水平的統一表征，有益於工程材料及結構的損傷容限設計及完整性評估。 [4]基於M-積分提出了一個材料失效新準則，用於描述雙軸載荷作用下多缺陷彈塑性材料的損傷失效。研究發現，基於M-積分的無量綱∏-參數的臨界值並不是一個材料常數，而是與雙軸載荷比有關的參數，且雙軸載荷比在泊松比附近時，材料損傷最明顯，相應的載荷模式在工程實際中應該避免。 [5]研究中利用材料構型力學中的守恆Jk-積分，分析了熱生長氧化物在熱載荷作用下的熱生長、熱失配應變對陶瓷頂層中表面裂紋的禁止/反禁止及偏轉影響規律。本研究旨在利用解析的方式來研究熱生長氧化物高溫氧化生長行為對熱障塗層系統失效影響因素的規律，有益於指導熱障塗層的結構及材料設計。 [6]研究中針對含缺陷鐵電材料的失效原理，基於相場法理論，發現極化場的疇變擴散是從電極尖端開始並逐漸向外擴散開的，極化場和應力場的演化都具有出蠕變的特性，驗證了構型力作為一種斷裂性能判定準則的可靠性。 2015-2018年，本項目的研究方法和相關成果將為含多缺陷材料或結構的強度分析提供理論支撐，為結構最佳化和性能設計提供有益指導。累計在國內著名期刊IJF，EFM，TAFM等權威期刊發表論文21篇，SCI論文16篇。2015年獲陝西省自然科學一等獎（第二完成人）。2016年出版專著《高等斷裂力學》。
