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关于本构关系理论

已有 4655 次阅读 2020-7-13 10:34 |系统分类:论文交流

现代连续介质力学理论,把连续介质力学基本方程中与材料性质有关的那部分方程称为本构方程或本构关系。随着电子计算技术的普及和发展,使我们有可能解决一些过去难于解决的问题。但实践已经证明,一些耗时很长、耗资较大的非线性分析问题,常常由于作为其分析基础的本构关系与材料的实际特性相差太远而失去了其应有的意义。鉴于开展材料本构关系理论的研究,对于在更高的层次和更符合材料物性的基础上,发展固体力学及其相关分支和交缘领域具有十分重要的意义,因此从20世纪80代以来,研究材料本构关系理论的问题日益受到重视,并成为当今固体力学的热点和前沿。虽然迄今为止已经提出了多种本构关系理论并形成了许多学派,但现有的各种本构关系理论在当其真的被用来建立工程上所需要的本构关系的具体表达式时,仍然都还存在着许多不能令人满意之处。因此,目前在实用中占主导地位的,实际上依然是由塑性位势理论及Drucker假设引伸出来的所谓正交法则假设和广义正交法则假设。鉴于至今人们还对正交及广义正交法则假设究竟只适用于一些什么情况(即在使用它们时应受到一些什么条件的限制),以及其所谓的“塑性势”或“势函数”究竟具有什么样的物理内涵等关键问题还说不明白,因此在使用它们的时候不免总使人带有几分疑虑和遗憾。

  对材料本构关系理论的宏观研究,目前都着眼于解决具有耗散效应材料的热力学性质的问题,目的是试图建立包括热弹性、弹塑性、粘塑性、粘弹塑性在内的本构关系的统一理论体系。当前研究本构关系的理论及论文很多,其中比较有代表性的三种,即:

  1从确定性原理、局部作用原理、客观性原理,许可性原理等公理化体系出发,运用严格的数学演绎建立起来的,以泛函形式给出的本构关系理论。

  2建立在内变量理论框架下的本构关系理论。

  3建立在内蕴时间理论基础上的内时本构关系理论。

  文献[1][2]在现代连续介质力学的内变量理论框架下,建立了一种基于最小耗能原理的本构关系理论。从这种新的本构关系理论出发,除了在相应的给定条件下,可以具体导出经典塑性力学中现有的各种本构关系以及粘塑性力学中Bingham体和Maxwell的本构关系之外,还在相应的给定条件下导出了正交和广义正交法则。这就不仅回答了正交和广义正交法则假设究竟能适用于一些什么情况(即在使用它时应受到一些什么限制),以及其中所谓的“塑性势”或“势函数”究竟具有什么样的物理内涵等关键问题从而使这两个假设升华为一种理论,而且还为研究更符合于材料物性的本构关系表达式提供了一种比正交和广义正交法则更具一般性的新方法,而正交和广义正交法则仅是上述更具一般性新方法的特例。它为正确描述材料在复杂条件下的响应特性,澄清某些似是而非的传统假设,提供了新的希望和基础。另外,文献[3][4][5]还表明,文献[1][2]建立的这种新本构关系理论,也为“任意电磁媒质材料本构关系的确定提供了一条新的技术途径”。

 

 

参考文献 

[1] 周筑宝. 最小耗能原理及其应用. 北京: 科学出版社, 2001.

[2] 周筑宝, 唐松花.最小耗能原理及其应用(增订版).长沙: 湖南科学技术出版社, 2012.

[3] 郭辉萍, 刘学观, 殷红成, . 电磁媒质本构关系公理化约束. 中国科学G. 2005(6).

[4] Guo HP, Liu XG, Yin HC, Huang PK. The Application of the Minimum Energy Consumption Principle to the Medium  

      Parameters  Constraint. Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications Proceedings, 2005.8.

[5] 刘学观, 郭辉萍, 殷红成, . 最小耗能原理与媒质参数约束关系的初步研究. 电波科学学报, 2004, 19(Z1).




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