破壞力學以研究材料之破壞為手段，以防止材料破裂為終極目標，而破壞力學則是套用理論來研究材料之破壞原因破壞力學用於設計之上，可將一些可能引起破裂之因素與條件，在設計之初就加以考慮以杜絕結構破裂之發生。世界先進國家對於尖端科技與有壽命，安全顧慮的機械結構如飛機、火箭、飛彈、核反應器及海陸運輸工具等，皆已套用破壞力學以確保結構之壽命安全。
基本介紹
- 中文名：破壞力學
- 外文名：damage mechanics
- 學科：力學
- 組成：損傷力學和斷裂力學
- 目標：防止材料破裂
- 定義：研究材料之破壞為手段
簡介,損傷力學,斷裂力學,
簡介
將損傷力學和斷裂力學聯合起來的學科，成為破壞力學（Failure Mechanics）。工程材料內部往往存在著大量彌散分布的細觀缺陷，在外部因素（外力、溫度等）作用下損傷將逐漸演化。材料的破壞，就是由於損傷的集中發展，最終形成巨觀缺陷即裂紋而造成的，但在巨觀裂紋形成以後，細觀的損傷仍在不斷演化，並推動著巨觀裂紋的發展，而巨觀裂紋在擴展的過程中所掃過的附近區域，也往往是細觀損傷高度集中的區域。
損傷力學
研究在各種外載條件下，物體中的損傷隨著變形而發展並最終導致破壞的過程和規律的學科。損傷一詞意味著材料出現性質劣化時所伴隨發生的細觀結構的不可逆的變化。分布在材料中的微裂紋或者微空洞由萌生、擴展、匯合形成巨觀裂紋導致材料斷裂，而且也是強度、剛度、韌性下降，或者剩 余壽命減少，材料性能劣化的原因。損傷力學將這種微裂紋或微空洞的力學作用理解為連續變數場——損傷場。它是研究材料中微細孔隙擴展和含有微細孔隙材料性質的一門新學科。它是將材料強度學、連續介質力學統一起來進行研究的。在用唯象的損傷場這個力學變數描述材料的損傷狀態時，往往稱損傷力學為連續損傷力學。損傷力學首先要定義與量測損傷，因巨觀的方法或細觀力學的方法建立考慮損傷的本構方程與演化方程；給出損傷力學的初、邊值問題的提法並用於損傷與破壞分析。它在脆性損傷、塑性損傷、疲勞損傷、蠕變損傷等分 析中有重要的套用。一般來講，損傷力學研究包含 4個階段：
- 選擇合適的損傷變數；
- 建立損傷演化方程；
- 建立考慮材料損傷的本構模型；
- 根據初始條件和邊界條件求解材料各點的應力、應變和損傷值，又計算得到的損傷值判斷各點的損傷狀態，若損傷達到臨界值，可認為該點破壞，然後，根據新的損傷分布狀態和新的邊界條件再作類似的反覆計算，直到達到構件的破壞準則而終止。
斷裂力學
斷裂力學是近幾十年才發展起來的一支新興學科，它從巨觀的連續介質力學角度出發，研究含缺陷或裂紋的物體在外界條件(荷載、溫度、介質腐蝕、中子輻射等)作用下巨觀裂紋的擴展、失穩開裂、傳播和止裂規律。斷裂力學套用力學成就研究含缺陷材料和結構的破壞問題，由於它與材料或結構的安全問題直接相關，因此它雖然起步晚，但實驗與理論均發展迅速，並在工程上得到了廣泛套用。例如斷裂力學技術已被套用於估算各種條件下的疲勞裂紋增長率、環境問題和應力腐蝕問題、動態斷裂以及確定試驗中高溫和低溫的影響，並且由於有了這些進展，在設計有斷裂危險性的結構時，利用斷裂力學對設計結果有較大把握。斷裂力學研究的方法是：從彈性力學方程或彈塑性力學方程出發，把裂紋作為一種邊界條件，考察裂紋頂端的應力場、應變場和位移場，設法建立這些場與控制斷裂的物理參量的關係和裂紋尖端附近的局部斷裂條件。斷裂力學的內容有：
- 線彈性斷裂力學。它研究理想脆性材料和構件中裂紋擴展的規律，以彈性力學的線性理論為基礎，控制裂紋擴展的參量是應力強度因子和能量釋放率。
- 彈塑性斷裂力學。主要研究韌性材料中裂紋擴展的規律，它是用彈塑性力學的方法來分析裂紋 擴展的非線性斷裂力學。用積分和裂紋尖端張開位移作為裂紋擴展的參量。
- 動態斷裂力學。它研究構件受到高速載入時裂紋擴展的規律。構件受到碰撞、衝擊時其材料的動態本構關係不同於靜態的情況，描述裂紋擴展的參量需要考慮動態效應。
- 疲勞裂紋的擴展。它研究在交變載荷作用下裂紋的擴展速率。疲勞裂紋擴展速率與斷裂的各 個參量存在一定規律。應力腐蝕也會導致金屬材料和構件中裂紋擴展，發生斷裂。在拉應力作用下腐蝕開裂也是研究課題。
