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简答题简述韧性损伤理论的基本内容及其在金属塑性成型分析中的应用。
  • 所谓损伤是指冶炼或加工工艺工程中由于载荷、温度、环境等因素的作用，使材料的微、细观结构发生变化，引起微缺陷成胚、孕育、扩展和汇合，导致材料宏观力学性能的劣化，最终形成宏观开裂或材料破坏。
    从细观的、物理学的观点来看，损伤是材料组分晶粒的位错、滑移、微孔洞、微裂纹等微缺陷形成和发展的结果；从宏观的、连续介质力学的观点来看，损伤又可认为是材料内部微细结构状态的一种不可逆的耗散过程。实际使用的金属材料大多是多相材料，由于冶炼过程不能除尽杂质，材料中大多含有少量的夹杂物。这些材料可以看成是基体与散布于基体内的第二相粒子和夹杂结合而成的物质。这些夹杂粒子和二相粒子不仅各自的成份和力学行为不同，和基体的结合程度也有很大的差异。研究表明，在一定载荷或其它外界因素作用下，材料内部结构会发生变化，产生微孔洞、微裂纹以及其它形式的微缺陷，使金属材料微观结构发生变化，这些微观或宏观的缺陷称为损伤，损伤累积会导致金属材料失效断裂。损伤力学主要是以金属物理学、材料力学、连续介质力学等统一起来的观点进行研究的，这一学科不仅描述了损伤材料的性质，而且也研究直到出现宏观裂纹前的整个过程。在此基础上可以把材料的损伤破坏和裂纹扩展的机理统一起来，这就绕过了经典断裂力学和弹塑性力学的鸿沟，为解决有裂纹体和无裂纹体的统一问题提供了一条有效途径。
    就研究方法而言，损伤力学可分为三大类：
    第一类是宏观损伤力学。 这是一种典型的场论方法，其理论基础是宏观的连续介质力学和连续介质热力学，因此又称为连续介质的损伤力学。它认为损伤是材料内部微细结构状态的一种不可逆的耗散过程。连续介质损伤力学在物体内部引进连续变化的损伤变量来表征各类损伤，利用热力学的公式和定理以及内变量理论，唯象地确定材料的本构方程和损伤演化规律。它虽然需要微观模型的启发，但并不需要从微观机制导出理论关系式，而只要求所得出的结论与现今对韧性破坏的理解是一致的。
    第二类是微观损伤力学。 微观损伤力学更侧重于物理机制的探索，它和物理学的联系非常紧密。由于采用的分析方法相对比较复杂，计算上需要处理多点阵交互作用，因此微观损伤力学在处理复杂问题方面遇到许多实际困难，往往只用于对复杂问题进行定性分析。
    第三类是细观损伤力学。 细观损伤力学分析方法是宏、微观相结合的方法，这种方法是材料学与连续介质力学相互渗透的产物，构成所谓细观损伤力学理论。它一方面略去了具体考察微结构变化的物理过程细节，免去了统计物理学的冗长计算；另一方面又为损伤造成的宏观有效场赋予了较为真实的几何形象和物理过程。从细观的观点看，损伤是材料组分晶粒的位错、滑移、微孔洞、微裂纹等微缺陷形成和发展的结果。这种方法在试验基础上建立反映损伤物理本质的细观模型，将非均质的微观材料进行简化过渡到均质的宏观材料，使损伤变量能够反映比较真实的几何图像，其损伤演化过程不再只是抽象的方程而具有清晰的物理内涵。细观模型可以考虑各种类型的损伤形态和分布，研究它们之间的相互作用，预测它们的形成、发展和导致材料破坏的过程。细观损伤模型具有几何上的直观性，逻辑上的合理性和数学上的可解性。
    损伤力学或连续介质损伤力学（Continuum Damage Mechanics-CDM）主要研究材料内部微观缺陷的产生和发展引起的宏观力学效应及最终导致材料破坏的过程和规律。它通过引入“损伤变量”这一内部变量来描述含微观缺陷材料的力学效应，即受损材料的力学行为，以便更好地预测材料的变形、破坏和使用寿命等。

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