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由于强度问题与宏观的屈服或破坏现象紧密相关,因此长期以来人们都习惯于从宏观的角度去研究强度问题。例如通常说某种材料的抗拉强度时,实际上就是指在单轴拉伸情况下,导致该种材料发生破坏的名义应力的平均值。在这样定义材料的抗拉强度之后,就可以在对抗拉构件进行强度设计时,无需再去考虑由于制造构件的材料中不可避免地存在各种细、微观缺陷所造成的缺陷附近应力集中,以及材料中的夹杂和它们之间的相互影响,从而使问题大大简化。目前通用的强度设计理论,实际上就是将上述解决问题的思路推广到复杂应力状态的情况。但是由于导致材料发生宏观屈服或破坏的可能名义应力组合(即应力状态),其数量是无穷的,因此不能简单地完全照搬上述单轴应力状态下的解决问题的模式。为使复杂应力状态下的强度设计问题得到解决,目前的基本思路是:首先根据实验观察屈服或破坏现象然后提出某种假设,并根据该假设建立起在复杂应力状态下材料发生屈服或破坏时名义应力张量所应满足的条件(即强度理论),继而在不考虑构件中实际存在各种细、微观缺陷及夹杂的条件下进行应力分析,在求得构件中的名义应力分布之后,利用已经建立的强度理论即可在复杂应力状态下对该构件进行强度设计。
已如前文(即笔者<科学网>博客中的“影响强度准则的三个因素”博文)所述,材料发生屈服或破坏时名义应力张量所应满足的条件(即强度理论),除了与材料屈服或破坏前后的性能有关之外,还和促使材料发生屈服或破坏的应力状态有关,并且在某些情况下应力状态还对材料的性能有显著影响。由于情况是如此之复杂,以致上述解决复杂应力状态下强度设计的基本思路,在关于建立强度理论的这一步中,就存在着如笔者<科学网>博客中的“关于强度理论”博文所述的一系列问题。为了从根本上解决上述在强度设计中遇到的困难问题,目前众多的研究者都寄希望于能通过从研究材料的屈服或破坏机理入手,即采用宏、细、微观相结合研究材料强度理论的方法来解决这一难题。但由于这样一来就必须考虑十分复杂的细、微观缺陷及夹杂的影响问题,从而使强度问题的研究又陷入到另一种意义下的困难之中(详见笔者<科学网>博客中的“对通过宏一细一微观相结合的方法研究强度理论之我见"博文)。
通过以上分析可见,当前解决强度问题的关键,在于建立起一种在各种复杂应力状态下都能够与材料实际的宏观屈服或破坏现象相吻合的强度理论新体系。至于是用宏观的方法或是采用宏、细、微观相结合的方法去实现这一目标,则仅是解决同一问题的不同途径而已,这两种途径显然并不相悖而是殊途同归。笔者在<科学网>博客中的“基于最小耗能原理的广义强度理论新体系”博文介绍的研究工作实际上就是试图从宏观方法中,找出一条解决问题新途径的一种尝试。
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GMT+8, 2024-11-10 07:14
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