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关于材料破坏理论若干问题的讨论之一:概述

已有 1492 次阅读 2021-12-9 11:19 |系统分类:论文交流

笔者曾以“强度理论新体系研究”为题,申请基金资助。申请是基于如下一些主要认识提出的:

1. 固体材料的破坏理论,是目前力学学科中公认的、与“湍流”并列的两大难题之一;  

2. 现有的强度理论都是建立在通过观察材料破坏现象而提出的各种假设基础之上,缺少一个统一的理论框架,带有一定的盲目性;

3. 当前国内外研究材料破坏理论的“主流”意见认为,上述局限于宏观层次的研究方法,由于没有与材料的破坏机理相联系,因此才会出现上述不能令人满意的状况。为搞清楚材料的破坏机理以及它们和材料宏观破坏现象之间的相互联系,从20世纪80年代起,在国内外逐渐兴起并形成了一个宏—细—微观相结合的、研究材料破坏理论的趋势和热潮。众多的研究者都寄希望于沿此途径能从根本上搞清楚材料破坏过程所应遵循的规律,并进而建立合理的材料破坏理论;

4. —细—微观相结合的研究,面对的是一个多尺度、跨学科、难度极大的命题。例如,当我们即使仅从宏—细观相结合的角度来研究材料的破坏时,通常意义下的材料就已不能视为是一种材料而只能看作是一种构造形式复杂的“结构”了(或者说,代表着宏观层次的所谓“点”的那些细观单元,实际上已是一些包含着不同微缺陷排列组合的不同“结构”了)。因为通常所说的“材料强度”从宏观来看,实际上是一种平均意义下的“材料行为”,如果从细观来看,它就不是一种“材料行为”,而是一种“结构行为”了。这意味着除非假设上述代表着宏观层次所谓“点”的那些细观单元,都具有相同的微缺陷排列组合(即假设它们是一些具有同一构造形式的相同“结构”),否则通常宏观意义下的所谓材料强度的概念已不复存在。1999年中国科学院力学研究所的白以龙院士在哈尔滨召开的全国固体力学学术会议上所作的“从损伤累积推测破坏”的报告中,关于“跨越宏观—细观两个层次的敏感性表明,细观层次因无序而引起的微小差别,有可能最终导致宏观层次的显著差异,这在固体破坏现象中有实质性的意义”的论述表明,即使是仅从宏—细观相结合的角度来研究材料的破坏理论,也会遇到非常严重的困难。显然,如果不对存在于材料中的“无序”初始微缺陷分布作出某种适当的假设、简化或统计处理,克服上述困难的希望是渺茫的。因为即使对同一批次生产出来的同一种材料,其“细观层次因无序而引起的微小差别”也是不可避免的,而这种“微小差别”又“有可能最终导致宏观层次的显著差异”(其中当然也包含宏观破坏现象的“显著差异”)。这意味着即使仅从宏—细观的研究成果出发,去推求材料的宏观破坏规律时,不可避免的也要作一些假设、简化或统计处理,而不同的假设、简化或统计处理通常又会得出不同的宏观破坏规律,这就使得由实验观察到的宏观破坏现象反过来又成了判别上述宏—细观相结合的研究方法中所采用的假设、简化或统计处理是否正确的依据。由此可见,即使是仅采用宏—细观相结合的方法来研究材料的破坏理论,实际上也难免要根据由实验观察到的材料宏观破坏现象来对所作出的假设、简化或统计处理方法进行修正和调整。显然,这还是没能走出“通过观察材料的破坏现象,然后提出某种假设”的老路,所不同的只是将宏观层次的假设转移到了细、微观层次而已。

鉴于以上认识,笔者认为,用文献[1][2]第三章(基于最小耗能原理的广义强度理论新体系)所提出的“材料的破坏将总是在相应的约束条件下,以最容易发生破坏(即耗能最小)的方式进行”的观点,来探索在最小耗能原理这一统一的理论框架下,建立一个具有相同物理意义、且适用于各种不同材料和不同应力状态的强度理论新体系的方法,不失为解决材料破坏理论这一难题的新途径。以上观点,由于与当前的宏—细—微观相结合的主流意见相悖,最终未能使申请获得通过。但从反馈回来的综合评议意见来看,赞同与反对的意见大致是各占一半。现将四份有代表性的评议意见以及对其中两份的答辩列出(将刊于随后发出的讨论文之二~四中),以供对“最小耗能原理及其应用”研究感兴趣的学者参考,这或许也会有利于读者对其中的是是非非作出判断。

 

 

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.




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