连续刚度场理论及其在焊接结构断裂与疲劳评估中的应用

针对传统金属断裂与疲劳评估中“以应力为核心”的理论局限，以及焊接结构（母材+焊缝）刚度不连续、应力集中难以精准表征的工程痛点，提出一种基于连续刚度场（Continuous Stiffness Field Theory, CSFT）的统一理论体系。首先，从弹塑性力学底层逻辑出发，构建刚度场的控制方程与演化模型，将刚度场定义为空间连续分布的四阶张量场，明确其与位移场、应变场、应力场的耦合关系；其次，推导基于刚度场梯度、刚度退化失稳及能量释放率的三类原创断裂判据，实现对焊接结构裂纹萌生、扩展的精准描述；然后，提出刚度场连续型有限元（CS-FEM）格式，突破传统有限元“单元内刚度恒定”的离散逼近缺陷，通过焊接对接接头算例，验证理论在应力集中、裂纹扩展预测中的准确性；接着，基于理论体系，提出工程化简化的刚度场强度评估方法，无需复杂有限元计算，可直接应用于工程现场焊接结构的快速评估；最后，总结理论的学术创新点与工程应用价值，展望后续研究方向。研究表明，连续刚度场理论可从本源上统一解释焊接结构断裂、疲劳的本质是刚度场不连续、梯度奇异与渐进退化导致的场失稳，理论预测结果与工程实测数据吻合度高于90%，既完善了金属强度理论体系，又为焊接结构安全评估提供了全新的工程化方法，实现了学术理论与工程应用的双向赋能。