损伤力学

课程编码：180090080102P3001H 英文名称：Damage Mechanics 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业课 主讲教师：孙成奇等

本课程是固体力学学科研究生的专业课。通过本课程的学习，使学生了解和掌握损伤的概念、力学表示和测量方法；各向同性损伤分析；各向异性损伤理论；疲劳与蠕变损伤；脆弹性和复合材料的损伤等方面的知识。使学生理解和掌握损伤演化的力学过程及分析方法，并为将来从事力学、材料等方面的科研提供必要的基本概念、术语和相关理论，提高学生利用损伤力学基本知识和方法来分析和解决工程实际问题的能力。

弹性力学、断裂力学、张量分析、连续介质力学

第一章 连续体力学与热力学 4学时 孙成奇
第1节 物体及其构形
第2节 位移、速度和加速度
第3节 应力
第4节 运动与变形
第5节 质量守恒与动量守恒
第6节 能量守恒和熵原理
第7节 内状态变量与热力学势
第8节 微小变形梯度的情况
第9节 流动势
第二章 损伤的概念 4学时 孙成奇
第1节 单轴应力下的损伤
第2节 多轴应力下的损伤
第3节 有效应力张量
第4节 损伤变量的张量性质
第5节 有效应力张量的对称化和标架无关性
第三章 弹塑性与损伤 5学时 孙成奇
第1节 损伤与弹性
第2节 损伤应变能释放率
第3节 各向同性损伤的演变和破裂准则
第4节 多轴应力状态下关于各向同性损伤的等价折换应力
第5节 单侧情况下的有效应力
第6节 塑性和粘塑性情况下各向同性材料的损伤和本构关系
第7节 各向异性损伤和塑性理论
第8节 损伤演变模型和总损伤变量准则
第9节 用总损伤变量准则分析成型极限
第四章 蠕变损伤 3学时 孙成奇
第1节 单轴应力下的蠕变损伤
第2节 多轴应力下的各向同性蠕变损伤
第3节 多轴应力下的各向异性蠕变损伤
第4节 采用矢量损伤表示的损伤理论
第五章 循环载荷下的损伤 4学时 孙成奇
第1节 单轴循环载荷下的疲劳
第2节 单轴循环载荷下的蠕变损伤
第3节 多应力水平
第4节 多轴循环下的疲劳和蠕变损伤
第5节 蠕变疲劳损伤预测
第六章 损伤与断裂 5学时 邵颖峰
第1节 损伤对材料强度的影响
第2节 有损伤时的Dugdale裂纹
第3节 损伤区的扩展与几何分析
第4节 损伤扩展引起的能量耗散
第5节 定常扩展III型裂纹的进一步分析
第6节 蠕变和损伤作用下的裂纹扩展
第七章 用弹性张量作为内变量的各向异性损伤理论 3学时 邵颖峰
第1节 损伤的表示
第2节 损伤运动学
第3节 弹性学和弹塑性学里的演变律
第4节 具有单侧性能材料的演变律
第八章 脆弹性材料的损伤 3学时 邵颖峰
第1节 完全损伤
第2节 损伤的演变准则
第3节 损伤的正值性和损伤各向异性指数
第4节 有单侧特性的弹性损伤模型
第5节 能动的阈值和损伤演变
第6节 断裂的局部法
第7节 损伤的概率理论
第九章 复合材料的损伤 3学时 邵颖峰
第1节 复合材料的拉伸和压缩性能
第2节 复合材料的剪切性能
第3节 正交异性复合材料的损伤
第4节 损伤力学应用于复合材料的困难
第十章 损伤的测量 2学时 邵颖峰
第1节 质量密度的变化
第2节 电阻率的变化
第3节 弹性模量的变化
第4节 弹性应变的变化
第5节 塑性特征的变化
第6节 粘塑性特征的变化
第十一章 损伤力学研究新进展 2学时 邵颖峰
第1节 损伤力学研究新进展
第十二章 考试 2学时 邵颖峰
第1节 考试

孙成奇，博士，中国科学院力学研究所研究员，博士生导师；中国材料研究学会疲劳分会理事，中国航空疲劳与结构完整性委员会专家委员，Engineering Fracture Mechanics编委，《金属学报（英文版）》青年编委。2003年本科毕业于大连理工大学应用数学系，同年保送北京大学固体力学专业博士研究生，2008年获理学博士学位。2010年至今在中科院力学所工作。主要研究领域为材料和结构的疲劳与断裂。在金属材料超高周疲劳机理、尺度效应、缺陷/缺口影响、保载疲劳、材料/结构的疲劳寿命/强度预测等方面取得了重要研究成果，如揭示了高强合金超高周疲劳裂纹萌生与初始扩展区域的微结构特征，实验测得该区域的等效裂纹扩展速率在10-13-10-11 m/cyc量级，提出超高周疲劳裂纹萌生与初始扩展机制和寿命预测模型；针对国家重大需求如高铁、航空、深海等领域中关键结构的疲劳与可靠性问题，提出一种综合考虑了试样尺度、缺口和加载方式多因素对疲劳寿命/强度影响的概率控制体积方法，并成功应用于多种材料和结构（如高铁车轴）的疲劳寿命或强度预测。目前共发表SCI论文60多篇，被引用2300多次。主持国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目子课题、JKW重点项目课题、横向课题等10多项。授权发明专利5项，软件著作权1项。参与制定国家和企业标准各1项。2023年获中国海洋工程咨询协会工程科学技术二等奖、2022年获中国铁道学会科学技术一等奖、2022年获中国造船工程学会科技进步特等奖，2018年获中国力学自然科学二等奖，2016年获SCI期刊“Fatigue Fract Eng Mater Struct”2012年度出版论文“Most Cited Papers Award”。入选2022年度美国斯坦福大学与爱思唯尔数据库全球前2%顶尖科学家榜单（2022）。
邵颖峰, 中国科学院力学研究所, 副研究员，研究方向：材料力热失效