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关于损伤比强度理论的题外话

已有 1138 次阅读 2022-12-1 17:27 |系统分类:论文交流


最近在网上看到篇文章一篇是中国日报网发的题为中南大学这一原创性成果解决了200多年世界性难题”,另一篇是ES工程结构发的题为丁发兴教授——砼与岩石损伤比强度理论及应用地心难’和‘巨震不倒’——报告总结。这两篇文章对中南大学丁发兴教授的所谓创性成果——损伤比强度理论”,了特别吸人眼球的报导,例如中国日报网所发之文称近日中南大学丁发兴教授团队创立的损伤比强度理论取得了原创性成果发现了材料力学基本性能的第三个参数揭秘了土木工程材料破坏的机理突破了1776年以来材料复杂受力强度实验研究和唯象理论研究的视角解决了200多年来材料破坏机理认识的这一世界性难题”,此理论目前得到了国际行业权威专家的认可国际标准化组织主席日本土木工程协会会长日本工程院院士上田多门教授认为损伤比强度理论有意义,对自己有帮助’;日本土木工程协会原会长后藤显教授认为损伤比强度理论的概念及推导过程简洁且损伤比变量考虑了静水压力的影响’,美国研究协会结构和材料期刊副主编以及评审专家认为损伤比强度理论具有创新性和非常重要意义。另外,该文还进一步指出更为意义深远的是,损伤比强度理论用于指导具体工程实践,很多科学问题、工程难题将会迎刃而解

ES工程结构的文章则称丁教授团队率先发现了脆性材料非弹性应变的横向变形规律,并将其命名为损伤变形系数,并介绍了该理论的基本假设一是小应变条件下脆性材料总应变分为弹性应变和非弹性应变二是脆性材料的横向变形系数与泊比和损伤变形系数有关。依据上述假设丁教授提出了损伤比强度准则通用表达式创建了材料单元体相对耗能率计算关系指出损伤比是决定材料属于脆性还是塑性破坏的关键参数。”,“研究成果获得欧洲科学院院士香港工程科学院院士刘景茂教授日本土木工程协会会长工程院院士上田多门教授日本土木工程协会副会长后藤教授ACI结构和材料期刊副主编以及评审专家的一致认可损伤比强度理论对地球深处的岩石受力及材性转换现代地质学理论地下钻探工程约束抗震设计理论等多类型研究均具有良好的指导和启发意义。能够推动组合结构朝着‘巨震不倒设计理论以及梁共同承载耗能的设计目标进一步发展对钢管砼结构在巨震作用下承载力退化和大变形的数模拟提供了合理有效的的材料模型”。

出于对引前述两文以上文字的好奇笔者认真学习了一下全面介绍丁教授有关理论的文献[1]。读后发现,丁教授的所谓损伤强度理论,其实是借用他文献[1]中定义的所谓损伤比概念,建立了包含损伤比参数在内的材料破坏开始时该点材料耗能率表达式“(2.10,然后假设材料三轴强度准则表达式为文献[1]之(2.11式的形式并在认为2.112.10表示的损伤耗能过程中任意时刻t都应满足的约束条件的情况下,根据最小耗能原理,就得到了所谓的三轴应力状态下材料损伤比强度准则的一般形式为文献[1]2.17式(详见文献[1]P20倒数第5~P21倒数第6

在此有必要指出,所谓最小耗能原理又称最小熵产生原理,是笔者在文献[23]中提出并证明的一个新原理由于这个新原理是将诺获得者普利高确立的仅适用于平衡态附近线性稳定态的最小熵产生原理“(又称最小能耗率原理进行了推广推广到适用于非线性区非平衡态的每一瞬时。鉴于这一推广如果正确,则他在科学上的意义巨大[45],所以多年来许多学者都曾过这种推广的努力,然而都未获成功。普利高津本人甚至认为将它确立的最小熵产生原理推广到远离平衡态的非线性区中的稳定态都是不可能的[67]。鉴于普利高津的权威性,使得他的这一令人沮丧的观点也成了目前非平衡态热力学中的基本观点。正因为此,笔者所提出并证明的最小熵产生原理最小耗能原理至今还未得到学术界的公认。丁教授应用最小耗能原理新最小熵产生原理建立的损伤比强度理论,竟获得了国际上一些权威人士的认可这无疑增添了最小耗能原理新最小熵产生原理进一步获得学术界公认的分量。为此笔者应对丁教授及其团队所做的工作表示感谢。

但笔者对丁教授的损伤比强度理论也有如下题外话1.所谓"近日中南大学丁发兴教授团队立的损伤比强度理论取得了原性成果,发现了材料力学基本性能的第三个参数"的说法不妥。者认为:材料力学基本性能的第三个参数,应该是损伤力学中提出的、能反映材料破坏过程的损伤变量Dt)(其中的t为表示材料损伤过程的时间参数),丁教授提出的所谓"损伤比",只不过是现有的独立材料参数泊松比和损伤变量二者相结合的产物,并不能认为是什么独立的"材料力学性能的第三个参数;2. 损伤比强度理论改称为基于最小耗能原理的损伤比强度理论或许更符合实际因为丁教授虽然定义了损伤比,并建立了以损伤比表示的在[1]中以2.10给出的破坏开始时该点材料耗能率表达式,但如果不是基于最小耗能原理,不可能建立起他的损伤比强度理论也就是说,最小耗能原理实际上是丁教授建立损伤比强度理论的理论依据。3. 笔者在文献[23]是以损伤过程中弹性模量作为材料的基本参数来建立砼材料单元在破坏过程中的耗能率表达式的并且在此基础上根据最小耗能原理建立的砼强度准则也与实验结果符合良好且优于当时笔者所见到的一些有代表性的砼强度准则。其实丁教授在文献[1]中也大致是循着文献[23]的思路来对他的损伤比强度准则进行实验验证的4. 笔者在文献[23]中提出了一种基于最小耗能原理的广义强度理论新体系和材料的破坏理论。这种新理论不仅能应用于材料的损伤、屈服、破坏、断裂和各向异性材料的各类不同形式的材料破坏领域而且根据这种新理论还导出了损伤力学和断裂力学中的一些现已获得公认的结果。在此,笔者也特别希望看到丁教授及其团队亦能将他们的损伤比强度理论解决问题的思路推广到损伤力学和断裂力学之中5. 至于前述ES工程结构所发之文中所述丁教授先是以讲故事的方式,通过科拉深井钻探的实例,引出了地心不可深挖的规律,揭示这一规律的深层原因是砼和岩石等脆性材料在高压应力下,性质会由脆性转变为塑性正是这一规律造就了地球深处岩石在重力作用下发生塑性流动现象。对丁教授的上述论点,笔者认为首先地层深处的岩石承受着复杂的高应力状态,因而性质会由脆性转变为塑性这一规律”,由现有的一些强度理论即无需通过损伤比强度理论”)也能得到其次,地球科学认为地球最初就是既具有转也具有围绕太阳公转的炽热熔岩团经过亿万年的冷却才形成了今天的地球地表的岩层是地表熔岩经长期冷却形成的而在地层深处及地心仍处于炽热的熔岩及流动状态,则是地球生成时遗留下来的状态。以上两种论点究竟谁正确,或许还有待科学界的进一步论证。6.笔者还认为前述中日报网所发文中称:丁教授的损伤比强度理论解决了200多年来材料破坏机理认识的这一世界性难题的说法,与当前学术界研究材料破坏机理的现状并不相符。众所周知,当前学术界在研究材料破坏机理方面,存在着究竟应该从宏观还是从细、微观或者是从宏、细、微观相结合的角度出发,来对材料的破坏机理进行研究的不同观点,而丁教授的损伤比强度理论,则仅是从宏观角度出发研究材料破坏机理中的一种观点而已,因此说丁教授的损伤比强度理论解决了200多年来材料破坏机理认识的这一世界性难题的说法,对于一些从细、微观宏、细、微观相结合角度出发来研究材料破坏机理的学者(例如中科院力学研究所的白以龙院士)来说,可能是难于接受的。

以上题外话是否正确,望能得到科学网广大读者特别是丁教授及其团队的指教,笔者乐于与进行指教的学者们进一步讨论。

 

 

参考文献

 

[1] 丁发兴等. 工程材料损伤比强度理论. 科学出版社,2022.

[2] 周筑宝. 最小耗能原理及其应用. 科学出版社,2001.

[3] 周筑宝,唐松. 最小耗能原理及其应用增订版. 湖南科学技术出版社,2012.

[4] 笔者<科学网>博客中题为关于最小耗能原理的博文.

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3355154&do=blog&id=1291354

[5] 笔者<科学网>博客中题为试论基础理论研究应用学科中的创新二者的关系的博文.

https://blog.sciencenet.cn/blog-3355154-1177062.html

[6] Progogine I. Science1978,201~777.

[7] 普利高 I. 自然杂志,19801.




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