细观损伤力学教案课件.ppt

1、This template is the internal standard courseware template of the enterprise细观损伤力学 第一节 细观损伤力学的基本概念 在损伤力学中，除连续损伤力学方法外，还有一种同样重要的方法，即细观损伤力学方法。1）连续损伤力学 连续损伤力学，又称唯象损伤力学，它不问损伤的物理背景和材料内部的细观结构变化，只是从宏观的唯象角度出发，引入标量、矢量或张量形式的损伤变量，通过连续介质力学、热力学等方法构造材料的损伤本构关系和演化方程，使理论预测与实验结果（如承载能力、寿命、刚度等）相符合。这种方法主要在欧洲如法国、英国、前苏联、瑞典

2、等发展起来；多用于结构强度与寿命的分析。2）细观损伤力学的概念 细观损伤力学，是从材料的细观结构出发，对不同的细观损伤机制加以区分，通过对细观结构变化的物理与力学过程的研究来了解材料的破坏，并通过体积平均化的方法从细观分析结果导出材料的宏观性质。细观损伤力学主要是从美国发展起来；常与材料的力学行为和变形过程相联系。起初，连续损伤力学和细观损伤力学是相互独立发展，直到80年代中后期，这两个损伤力学分支才被力学家和材料学家在不同程度上加以认可。实际上，这两种理论在工程应用、理论分析等方面可相互补充。3）细观损伤力学的研究尺度 细观损伤力学研究的尺度范围介于连续介质力学和微观力学之间。连续介质力学分

3、析的是宏观试件、结构和裂纹等的性质；微观力学是用固体物理学的手段研究微空穴、位错、原子结合力等的行为。而细观损伤力学则是采用连续介质力学和材料科学的一些方法，对上述两种尺度之间细观结构如微孔洞、微裂纹、晶界等进行力学描述。因此，细观损伤力学一方面忽略了损伤的过于复杂的微观物理过程，避免了统计学浩繁的计算，另一方向又包含了不同材料细观损伤的几何和物理特征，为损伤变量和损伤演化方程提供了较明晰的物理背景。4）细观损伤力学与连续损伤力学的区别 在细观力学方法中必须采用一种平均化方法，以把细观结构损伤机制研究的结果反映到材料的宏观力学行为的描述中去。比较典型的方法有：（1）不考虑微缺陷间相互作用的非相

4、互作用方法（亦称为Taylor方法）；（2）考虑微缺陷间弱相互作用的自洽方法、微分方法、Mori-Tanaka方法、广义自洽方法、Hashin-Shtrikman界限方法；（3）考虑微缺陷间强相互作用的统计细观力学方法。5）细观损伤力学的基本方法 （1）首先在材料中选取一个代表性体积单元（Representative Volume Element，简记为RVE）或体胞（cell），它需要满足尺度的二重性：一方面，从宏观上讲其尺寸足够小，可以看作一个材料质点，因而其宏观应力应变场可视为均匀的；另一方面，从细观角度上讲，其尺寸足够大，包含足够多的细观结构信息，可以体现材料的统计平均性质。（2）利用

5、连续介质力学和连续热力学手段，对代表性体积单元进行分析，以得到细观结构在外载作用下的变形和演化发展规律。（3）通过细观尺度上的平均化方法将细观研究的结果反映到宏观本构关系、损伤演化方程、断裂行为等宏观性质中去。6）细观损伤机制 材料的细观损伤机制有多种，比较典型的有微孔洞、微裂纹、微滑移带、银纹、晶界滑移等。第二节第二节 微裂纹损伤微裂纹损伤 微裂纹的形核、扩展和连接是一类重要的细观损伤机制。微裂纹损伤对岩石、混凝土、结构陶瓷、铸铁等很多脆性材料和复合材料的力学性质有着多方面的显著影响。脆性损伤理论经常采用等效介质的方法，即认为微裂纹处于一种等效的弹性介质中，这种方法成立的前提是认为每个微裂纹

6、周围的外场与其它微裂纹的准确位置无关。1）如果完全忽略微裂纹之间的相互作用，即认为每个微裂纹处于没有损伤的弹性基体中，微裂纹受到的载荷等于远场应力，这种方法称为Taylor模型的方法(或稀疏分布方法或非相互作用方法)。这种方法简单，而且对微裂纹分布比较稀疏的情况有足够的精度。2）考虑微裂纹之间的弱相互作用下对有效模量的影响时，可利用自洽方法、广义自洽方法，Mori-Tanaka方法、微分方法等。假设在单位体积的材料中有完全随机分布的N个椭圆形微裂纹，微裂纹的存在使得材料在有效弹性模量变为 和 。自洽方法估计损伤材料有效模量的基本思想是：把每个微裂纹置于具有自洽等效模量的基体材料中，分析单个微裂

7、纹的变形及其引起的模量变化，然后对所有微裂纹取总体平均，建立含有效模量的方程，求解得到材料的有效力学性质。EG第三节第三节 微孔洞损伤微孔洞损伤 很多金属材料，其断裂过程要经历明显的塑性变形，这种断裂称为韧性断裂或塑性断裂。过程大致分为以下三个阶段：（1）微孔洞的形核（萌生）。微孔洞的形核主要是由于材料细观结构的不均匀性，大多数微孔洞形核于第二相粒子附近，或产生于第二相粒子的自身开裂，或产生于第二相粒子与基体的界面脱粘。（2）微孔洞的长大。随着不断的加载，微孔洞周围材料的塑性变形量越来越大，微孔洞也随之扩展和长大。（3）微孔洞的汇合。微孔洞附近的塑性变形达到一定程度后，微孔洞之间发生塑性失稳，

8、导致微孔洞之间的局部剪切带，剪切带中的二级孔洞片状汇合形成宏观裂纹。对微孔洞的早期研究，比较重要的有McClintock，Rice和Tracey等的工作，他们通过无限大理想刚塑性基体中孤立孔洞的分析，估计微孔洞汇合的临界塑性应变，并得到了孔洞体积膨胀率随三轴度的增大而迅速增大的重要结论。之后很多工作主要研究相邻孔洞之间的相互作用、微孔洞的形核机理以及在微孔洞汇合前的变形过程等。1975年，Gurson在McClintock，Rice和Tracey等工作基础上，发展了一套比较完整的本构方程，用以描述微孔洞损伤对材料塑性变形行为的影响，这是细观损伤力学的一个重大进展。为了描述韧性材料细观损伤的机制

9、及其演化过程，须建立适当的模型来描述材料的细观结构。Gurson摈弃无限大基体的假设，提出有限大基体含微孔洞的体胞模型。这种模型更加接近于真实的材料细观结构，为损伤的描述（如作为损伤变量的孔洞体积百分比）及宏观体积膨胀塑性理论的建立奠定了基础。Gurson给出了4种微孔洞的体胞模型：（1）全塑性体胞单元：有限体积的圆柱体中的圆柱形孔洞，有限体积的球体中的球形孔洞。（2）刚性楔的体胞单元：有限体积的圆柱体中的圆柱形孔洞，有限体积的球体中的球形孔洞。This template is the internal standard courseware template of the enterpris

10、eSWOTSWOT分析模板分析模板SWOT分析是市场营销管理中经常使用的功能强大的分析工具，最早是由美国旧金山大学的管理学教授在80年代初提出来的：S代表strength(优势)，W代表weakness(弱势)，O代表opportunity(机会)，T代表threat(威胁)。市场分析人员经常使用这一工具来扫描、分析整个行业和市场，获取相关的市场资讯，为高层提供决策依据，其中，S、W是内部因素，O、T是外部因素。它在制定公司发展战略和进行竞争对手分析中也经常被使用。SWOT的分析技巧类似于波士顿咨询（BCG）公司的增长/份额矩阵（The Growth/Share Matrix），什么是什么是S

11、WOT分析分析内部环境优势Strengths劣势Weakness机会Opportunities威胁ThreatsSWOT分析传统矩阵示意图分析传统矩阵示意图外部环境SWOT行业分析适用范围行业分析适用范围业务单元及产品线分析竞争对手分析SWOT企业自身SBU SWOT分析SWO TSWO T企业自身SBU SWOT分析主要竞争对手SBU SWOT分析企业的内外部环境与行业平均水平进行比较当选择行业领域中只有少数竞争对手时，可以考虑做SWOT组图进行比较SWOT分析步骤分析步骤分析环境因素分析环境因素构造构造SWOT矩阵矩阵 制定行动计划制定行动计划运用各种调查研究方法，分析出公司所处的各种环境

12、因素，即外部环境因素和内部能力因素。将调查得出的各种因素根据轻重缓急或影响程度等排序方式，构造SWOT矩阵。在完成环境因素分析和SWOT矩阵的构造后，便可以制定出相应的行动计划。SW优势与劣势分析（内部环境分析）优势与劣势分析（内部环境分析）产品线的宽度产品的质量产品价格产品的可靠性产品的适用性服务的及时性服务态度竞争优势可以指消费者眼中一个企业或它的产品有别于其竞争对手的任何优越的东西。需要注意的是一定要从消费者的角度出发，寻找与竞争者或行业平均水平比较，公司的产品与服务有什么优势/劣势；而不是从公司的角度出发，衡量企业的竞争优势。通过一定努力，建立自身竞争优势引起竞争者注意，开始作出反应直

13、接进攻企业优势所在，或采取更为有力的策略竞争优势受到削弱，寻找新的策略增强自身竞争优势根据根据SW分析，公司建立并维持自身的竞争优势分析，公司建立并维持自身的竞争优势企业在维持竞争优势过程中，必须深刻认识自身的资源和能力，采取适当的措施。因为一个企业一旦在某一方面具有了竞争优势，势必会吸引到竞争对手的注意。而影响企业竞争优势的持续时间，主要的是三个关键因素：（1）建立这种优势要多长时间?（2）能够获得的优势有多大？（3）竞争对手作出有力反应需要多长时间？如果企业分析清楚了这三个因素，就会明确自己在建立和维持竞争优势中的地位了。OT机会与威胁分析（外部环境分析）机会与威胁分析（外部环境分析）环境

14、威胁指的是环境中一种不利的发展趋势所形成的挑战，如果不采取果断的战略行为，这种不利趋势将导致公司的竞争地位受到削弱。环境机会就是对公司行为富有吸引力的领域，在这一领域中，该公司将拥有竞争优势。OT机会与威胁分析方法一：机会与威胁分析方法一：PEST法法垄断法律环境保护法税法对外贸易规定劳动法政府稳定性经济周期GNP趋势利率货币供给通货膨胀失业率可支配收入能源供给成本人口统比收入分配社会稳定生活方式的变化教育水平消费政府对研究的投入政府和行业对技术的重视新技术的发明和进展技术传播的速度折旧和报废速度OT机会与威胁分析方法一：波特五力模型机会与威胁分析方法一：波特五力模型进入本行业有哪些壁垒？它们

15、阻碍新进入者的作用有多大？本企业怎样确定自己的地位（自己进入或者阻止对手进入）？购买者转而购买替代品的转移成本；公司可以采取什么措施来降低成本或增加附加值来降低消费者购买替代品的风险？供货商的品牌或价格特色；供货商的战略中本企业的地位；供货商之间的关系；从供货商之间转移的成本本企业的部件或原材料产品占买方成本的比例；各买方之间是否有联合的危险；本企业与买方是否具有战略合作关系行业内竞争者的均衡程度、增长速度、固定成本比例、本行业产品或服务的差异化程度、退出壁垒等，决定了一个行业内的竞争激烈程度构造构造SWOT矩阵矩阵SWT特快专递服务推出较早技术支持较强（如电子追踪服务以邮局为服务终端，服务网

16、络覆盖面广O特快专递”过去的形象不太好认知率不高可靠性与速度不及私营公司私营速递公司多以大公司为主要客户中小机构、个人的需求得不到满足，是个被忽视的市场香港近年经济不太景气，外部环境不利速递业竞争对手林立，正面冲突可能招致报复制订行动计划制订行动计划SWOTWT对策 最小与最小对策，即考虑弱点因素和威胁因素，目的是努力使这些因素都趋于最小。悲观 WO对策 最小与最大对策，即着重考虑弱点因素和机会因素，目的是努力使弱点趋于最小，使机会趋于最大 苦乐参半 ST对策 最小与最大对策，即着重考虑优势因素和威胁因素，目的是努力使优势因素趋于最大，是威胁因素趋于最小。苦乐参半 SO对策 最大与最大对策，即着重考虑优势因素和机会因素，目的在于努力使这两种因素都趋于最大。理想 小大大小