韧性材料裂纹尖端孔洞群体损伤演化的实验和模拟

<span style="font-family: 'Trebuchet MS', 'Lucida Sans Unicode', Arial, sans-serif; line-height: 22px">长期以来，材料的孔洞损伤一直是力学家和材料学家所关注的焦点之一，相应的研究方法很多，所得到的成果也很丰富。但是这些研究大部分是基于单个孔洞或有限个孔洞来考虑的，很少将大量的孔洞损伤作为整体来探讨。本文就是考虑到在韧性金属合金材料的破坏和失效过程中，往往是有大量的孔洞损伤参与其中的。我们试图将这些作为整体来考虑，并着重对初始裂纹钝化扩展过程的裂尖前沿来进行研究和讨论。本文从微孔洞数密度守恒方程出发，讨论了裂尖前沿孔洞损伤数密度群体化的方程以及它的解，探讨了损伤各阶矩的分布形式和演化规律。并且对一个系列低碳合金钢样品的I型初始裂纹的钝化扩展和断口孔洞的观察和统计的结果与计算模拟的结果进行了比较，得到了相同的趋势。计算模拟和试验的结果表明，在裂尖前沿孔洞损伤的群体演化过程中，损伤矩的分布是随着离开裂尖距离增加而减少的，并且这种分布随时间增加而且增加，并且趋于稳定分布。最后根据实验中反映出来的由于材料内部的不均匀等造成的孔洞损伤演化的不均匀性，引入随机涨落的概念导出局域孔洞数密度演化守恒方程来探讨这种不均匀性，通过模拟计算得到平均场理论和局域孔洞数密度守恒理论的差异，并由全场孔洞数密度演化守恒方程的分析来证实这个差异。</span>