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对最小耗能原理在固体材料破坏理论研究中的应用前景展望

已有 472 次阅读 2021-9-28 10:39 |系统分类:论文交流

固体材料的破坏理论,是与湍流并列的当今力学学科中的两大难题之一。文献[1,2]3章的内容,实际上就是应用最小耗能原理来研究固体材料的破坏理论。从认为材料的损伤、屈服、断裂及破坏过程都是一个需要消耗能量的过程,因而它们都应受到最小耗能原理的规范的观点出发,在文献[1,2]3章中已对发生破坏耗能之前是线弹性的脆性材料,分别导出了它们的损伤破坏准则、断裂准则和包括材料是各向异性情况在内的强度准则,这些准则已经初步形成了相对完整的,发生破坏耗能前是线弹性脆性材料的破坏理论新体系。

显然,文献[1,2]3章中提出的建立线弹性脆性材料破坏理论的思路和方法,为解决非线性的弹、塑性强化材料、具有流变效应的材料以及其它具有更复杂性能材料的破坏理论问题,提供了希望和可能。因为对这些具有各种不同性能的材料而言,除了在建立它们的损伤、屈服、裂纹扩展及破坏的耗能率表达式和作为准则的能量蓄积程度表达式时,会显得更复杂和更麻烦一些之外,就其解决问题的基本思路而言,却是完全一样的。因此只要相应的耗能率表达式和作为准则的,带有某些待定成分的能量蓄积程度表达式得到了合理的确定,则按文献[1,2]3章解决问题的基本思路去导出相应的准则,就不会存在任何在原则上不可克服的困难。显然,所有这些在同一理论框架下大体相似的模式导出的,具有各种不同性能材料的准则系列,将构成一个包括损伤、屈服、断裂及破坏准则在内的材料破坏理论的完整体系。

综上,尽管还存在许多困难(例如:如何确定各种不同性能材料在损伤、屈服、裂纹扩展及破坏时的耗能率表达式和如何确定作为准则的,带有某些待定成份的能量蓄积程度表达式以及如何对按上述方法建立的各种新准则的正确性进行试验验证等),但依然可以看出,最小耗能原理确实能为材料的破坏理论这一当今公认的力学难题,提供一种很有希望的解决问题的新思路和新方法。

哈工大复合材料与结构研究所的王宝来、梁军及中国船舶重工集团703研究所的温凤春三同志,2006年即在文献[3]的"结论与展望"中指出:1最小耗能原理揭示了复合材料的破坏过程是要满足耗能最小的约束条件的实质。 2最小耗能原理给一些使用方便但物理含义不太明确的著名准则找到了合理的物理解释和理论依据。 3最小耗能原理给各向异性材料强度准则的建立提供了理论基础。 4同样可以将最小耗能原理应用于混凝土等岩土类材料中进行强度问题预报。 5可以将最小耗能原理和现有的经典的宏观 、细观强度理论相结合,共同为复合材料的强度问题分析服务。 6最小耗能原理虽然可以从本质上揭示材料破坏的实质,但破坏准则的表达式一般都比较烦琐,下一步工作将主要对其进行简化处理,以得到更广泛的应用。

笔者认为:文献[3]出的以上六点,的确为最小耗能原理在固体材料破坏理论研究中的应用前景,给出了恰如其分的"展望"

 

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] 王宝来 温凤春 梁军. 基于最小耗能原理的复合材料强度问题研究. 第十四届全国复合材料学术会议论文集(下). 2006:903~907.




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