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随着我国工业化的推进,大量的工程损伤-断裂问题将随着材料使用寿命的逼近而成为突出的科学与技术问题。
几十年前,人们认为位错理论能够建立一个理性的塑性理论,从而,可以把断裂力学建立在这个基础之上,虽然在微结构性分析上取得了进展,但是,离实际的解决工程问题还很是遥远。
还是在几十年前,断裂强度因子的概念使得人们认为,一个完整的断裂力学建立了,但是,大量的计算和实测表明,这个理论离实际的解决工程问题也还很是遥远。
也还是在几十年前,虽然力图把热效应考察进来建立一般性的断裂力学理论,但是,一旦要这样做,化学的、量子的效应也就必须考察进来。
半个多世纪的研究工作表明:断裂力学是一个跨学科、跨尺度的高难度问题。
面对这样一个工程上的重大问题,人们所表现出来的保守思想和激进思想几乎是同等的极端。
近几年,George C. Sih 对断裂力学面对的问题写了多篇论文,提出了一个较为实际的研究框架。但是,要完成这个框架却是令人生畏的。
核心的问题是:对某个尺度,它的连续变化(稳定性)并不意味着在一个比它小得多的尺度上也是连续变化的(不稳定性),然而,在更大的尺度上,总是可以把不连续的变化经由统计效应而连续化的。
这是一个根本性问题:工程上面对的断裂力学行为的确如此。
如果某个尺度的连续性并不能保证次级小尺度的连续性,那么,连续介质的初始定义就必须改变。在那改变呢?
由于我们目前所使用的定律几乎都是微分方程形式的,一个很自然的设想就是把次级尺度的效应归到物性参数上。在过去的半个世纪里,这种做法已经成为常规了。
另一方面,高级的尺度效应如何体现呢?如还按上面的逻辑推理,只有令当前所用尺度的非连续性(如随机性)成为必须的。
显而易见,上、下两个尺度对当前尺度的连续性概念给出了相互对立、矛盾的要求。
George C. Sih 对断裂力学核心科学问题的概括是:要同时的把这三个尺度考察进来,建立一个断裂力学理论。这个理论肯定非常的抽象。
一般地说,如果对一个尺度是工程应用上关心的(设计),那么它的次级尺度是制造商关心的(制造),而更高级的尺度是最终的集成商关心的(使用),因此,这三个工业部门分别对应于一个尺度。
由于这个差别,如果不能建立多尺度的断裂力学体系,从力学上就无法协调这三个工业部门的技术协同,从而是各持己见。这对于产业链的发展是个显而易见的灾难。
由此可以看出,抽象的多尺度断裂力学在表面上没有多大价值,因为在设计和制造中,工程力学就够用了。但是,一旦在产业链角度看,一旦是在时间尺度方向上看,一旦是在安全性评价角度上看,这就是一个技术瓶颈。而这个瓶颈在呼唤抽象的多尺度断裂力学。
也就是说,工产业链上的需求非常强烈,但是,具体工程上的需求与产业链上的需求是背道而驰。
我不知道还有那个学科面临如此纠结的难题。
就我所知,我国研究断裂力学的人很多,但是,非常的保守。对上述的多尺度观点基本上是特别的反感。基本上是抱住已有的理论不撒手,管它能否解决问题,能发论文就好。
这是坐失良机!!
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GMT+8, 2024-9-27 19:22
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