1.2 發(fā)展趨勢

損傷力學(xué)發(fā)展至今，涌現(xiàn)了許許多多各種各樣的損傷力學(xué)理論，但尚未出現(xiàn)比較公認(rèn)的普遍的理論。其情形與20世紀(jì)50年代塑性理論大發(fā)展的狀況很相似，相信不久的將來，工程界將會篩選出一些適用的損傷理論來。至于損傷力學(xué)的發(fā)展趨勢，可概括為以下幾點。

1.2.1 材料宏觀變形響應(yīng)與損傷細(xì)觀演化之間的關(guān)聯(lián)

固體損傷力學(xué)發(fā)展至今，主要是沿著細(xì)觀力學(xué)和宏觀唯象連續(xù)介質(zhì)力學(xué)兩個分支并行不悖地發(fā)展。作為損傷力學(xué)中互為補充的兩個重要方面，連續(xù)損傷力學(xué)和細(xì)觀損傷力學(xué)的恰當(dāng)結(jié)合將是描述材料從微缺陷演變到宏觀性能劣化直至最終破壞全過程的有效方法，這已成為眾多研究者的共識。近年來，損傷力學(xué)的研究正在從宏觀和細(xì)觀并行不悖發(fā)展向宏、細(xì)觀相結(jié)合轉(zhuǎn)變，基于細(xì)觀損傷力學(xué)的連續(xù)損傷模型，即細(xì)觀統(tǒng)計損傷模型已經(jīng)成為研究的熱點。并且損傷的宏、細(xì)觀相結(jié)合的研究將成為固體力學(xué)新世紀(jì)的主要學(xué)科方向，其特征為：引入多層次的缺陷幾何結(jié)構(gòu)，在材料的宏觀體元中引入細(xì)觀或微觀的缺陷結(jié)構(gòu)，試圖在材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的演化與宏觀力學(xué)響應(yīng)之間建立起某種聯(lián)系，對材料的本構(gòu)行為進(jìn)行宏、細(xì)、微觀相結(jié)合的描述。這種研究思路正在成為追蹤材料從變形、損傷到失穩(wěn)或破壞的全過程，以解決這一固體力學(xué)最本質(zhì)難題的主要途徑。沈珠江、謝和平、白以龍、Krajcinovic等指出，從工程應(yīng)用角度出發(fā)，比較現(xiàn)實可行的方法是建立可以考慮細(xì)觀機(jī)制的宏觀唯象的損傷理論，即用宏觀變量描述微觀變化。發(fā)展新的平均化方法和基于統(tǒng)計的損傷力學(xué)，將不斷豐富損傷力學(xué)的方法論；發(fā)展宏觀-細(xì)觀-微觀多層嵌套連接的損傷理論已是大勢所趨。

細(xì)觀統(tǒng)計損傷模型的研究還處于初步探索階段，材料的細(xì)觀損傷演化機(jī)制問題，作為連接材料細(xì)觀層次上損傷演化與宏觀層次上損傷力學(xué)行為之間的橋梁，至今尚未被很好地解決，已經(jīng)成為制約損傷力學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。今后損傷力學(xué)將主要是以理論研究、細(xì)觀損傷試驗觀測及計算機(jī)數(shù)值模擬三者相互結(jié)合的方式進(jìn)行研究；實驗觀測和數(shù)值試驗的研究將為損傷力學(xué)的理論研究提供重要的細(xì)觀試驗基礎(chǔ)。

1.2.2 損傷力學(xué)與斷裂力學(xué)的結(jié)合

在固體力學(xué)中，人們對結(jié)構(gòu)破壞的研究經(jīng)歷了3個階段：彈塑性力學(xué)階段、斷裂力學(xué)階段和現(xiàn)代破壞力學(xué)階段。將損傷力學(xué)和斷裂力學(xué)結(jié)合起來，建立考慮損傷的斷裂力學(xué)，稱為破壞力學(xué)（failure mechanics）。尤其是到了20世紀(jì)80年代中后期，以宏觀、細(xì)觀、微觀相結(jié)合的現(xiàn)代破壞力學(xué)的研究為固體力學(xué)的發(fā)展注入了新的活力，標(biāo)志著人們對材料破壞過程的認(rèn)識更加深刻。細(xì)觀力學(xué)、損傷力學(xué)與斷裂力學(xué)構(gòu)成了從細(xì)觀尺度直至宏觀尺度以描述材料與結(jié)構(gòu)的破壞過程的破壞理論的主要內(nèi)容。它使得作為固體材料力學(xué)基本內(nèi)容之一的破壞理論面臨一個新的發(fā)展階段。將具有位移間斷的斷裂力學(xué)與非均勻的含分布缺陷的損傷力學(xué)結(jié)合起來，研究物體的破壞過程，賦予實際中同時存在的奇異性缺陷與分布式缺陷以更接近實際的力學(xué)描述。

損傷力學(xué)和斷裂力學(xué)都屬于破壞力學(xué)的范疇，兩者各有不同又相互關(guān)聯(lián)。從物理機(jī)制上看，損傷力學(xué)與斷裂力學(xué)是有本質(zhì)聯(lián)系的，材料的損傷與斷裂反映了材料變形破壞的物理過程。在研究領(lǐng)域上，斷裂力學(xué)是損傷力學(xué)的后續(xù)，兩者存在互補的關(guān)系：損傷力學(xué)主要研究出現(xiàn)宏觀裂紋之前材料中分布的細(xì)觀缺陷的發(fā)展演化；而斷裂力學(xué)則研究出現(xiàn)宏觀裂紋之后宏觀裂紋的擴(kuò)展以及含宏觀裂紋的變形體的力學(xué)性能，忽略在宏觀裂紋形成以前的損傷階段，也忽略了宏觀裂紋周圍的損傷，只考慮理想的宏觀缺陷。李兆霞認(rèn)為從材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的失穩(wěn)點（峰值點）到宏觀裂紋出現(xiàn)這一階段是材料性能研究中的損傷力學(xué)到斷裂力學(xué)的過渡階段，內(nèi)部的缺陷或損傷已發(fā)展至相當(dāng)?shù)某潭龋瑧?yīng)該采用損傷力學(xué)和斷裂力學(xué)相結(jié)合的方法進(jìn)行研究。在研究手段上，斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)應(yīng)當(dāng)互補；尤其對于上述過渡階段，非常需要將損傷力學(xué)和斷裂力學(xué)相結(jié)合，形成適合過渡階段缺陷特征（損傷之末，斷裂前兆）的方法。在這方面，模糊裂紋模型和鈍裂紋帶模型可以看作是有益的嘗試。

1.2.3 同現(xiàn)代非線性科學(xué)的結(jié)合

20世紀(jì)70年代前后創(chuàng)立的耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同學(xué)、突變論、混沌、分形及超循環(huán)理論等，構(gòu)成了現(xiàn)代非線性科學(xué)的理論框架。這些非線性理論共同形成的學(xué)科具有普適性，它們共同探索大自然中非線性及復(fù)雜性的規(guī)律性，為認(rèn)識復(fù)雜現(xiàn)象提供了新的思維方式和解決問題的新方法。它幾乎涉及自然科學(xué)和社會科學(xué)的各個領(lǐng)域，并正在強烈地沖擊和改變著人們對客觀世界的傳統(tǒng)看法，在不同研究領(lǐng)域相繼掀起了轉(zhuǎn)變認(rèn)識觀的重大變革。在對混凝土等巖石類材料損傷破壞力學(xué)行為的研究中，一些學(xué)者敏銳地注意到其非線性特征；以突變論、協(xié)同論和耗散結(jié)構(gòu)理論為代表的現(xiàn)代非線性理論的提出，為重新認(rèn)識材料的損傷破壞過程提供了新的思路和可能。

應(yīng)用非線性科學(xué)的有關(guān)理論，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)性研究工作，并取得了重大進(jìn)展。唐春安等、尹光志等對混凝土、巖石材料從微裂紋擴(kuò)展到宏觀斷裂狀態(tài)轉(zhuǎn)變時的突變信息進(jìn)行了分析，并提出了材料破壞過程的突變模型。于廣明等分析了混凝土的分形性及其單軸應(yīng)力下裂紋演化的混沌效應(yīng)；利用協(xié)同學(xué)的基本原理，對混凝土破壞過程中聲發(fā)射現(xiàn)象進(jìn)行了探索性研究。紀(jì)洪廣等對混凝土聲發(fā)射過程的分形特性、自相似性特征進(jìn)行了分析，并提出聲發(fā)射參數(shù)的灰點突變模型。白以龍等根據(jù)突變理論，指出巖石類材料變形破壞包括分布式損傷和損傷誘發(fā)突變兩個階段；對已建立的描述材料損傷破壞過程的生長模型、逾滲模型進(jìn)行了評述，將此過程視為一類遠(yuǎn)離平衡的生長現(xiàn)象，把由損傷的累積導(dǎo)致材料破壞的現(xiàn)象視為一種逾滲轉(zhuǎn)變。

混凝土力學(xué)特性的復(fù)雜性正是由于其組織結(jié)構(gòu)的細(xì)觀非均質(zhì)性所導(dǎo)致。只有擺脫傳統(tǒng)線性分析的束縛，尋求非線性分析手段，正確合理地揭示材料損傷破壞機(jī)理，才有可能使混凝土力學(xué)的研究向前邁進(jìn)；這是從本質(zhì)上認(rèn)識和解決混凝土結(jié)構(gòu)安全評價問題的一條正確途徑，并且已成為一種必然的發(fā)展趨勢和一項十分緊迫的任務(wù)。