统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变

材料的损伤和破坏是固体力学中一个十分复杂的基本问题，近年来在这方面的研究从不同的角度取得一系列新的进展。本文较系统地介绍了统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变理论，这是把力学与统计物理学及非线性科学结合起来研究材料损伤和破坏问题的一种探索。

统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变（Ⅱ）

材料的损伤和破坏是固体力学中一个十分复杂的基本问题，近年来在这方面的研究从不同的角度取得一系列新的进展。本文较系统地介绍了统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变理论，这是把力学与统计物理学及非线性科学结合起来研究材料损伤和破坏问题的一种探索。

斑图动力学——非线性科学专题之九

1 斑图(pattern)动力学浩瀚宇宙气象万千,它不处于一种均匀对称、恒定不变的状态,而是以其多样化与变异性显示无限生机.天下万物虽然各具特色,但在空间结构及随时间演化方面却呈现某些相似的特征。非线性科学中的斑图动力学把宏观系统时空结构的共性规律作为基本研究领域。

细观力学面临的新挑战国际会议简介

"细观力学面临的新挑战国际会议"("InternationalConference on New Challenges in Mesomechanics")于2002年8月26～30日在丹麦奥尔堡(Aalborg)召开,由奥尔堡大学(Aalborg University)主办.与会人数约120人,分别来自丹麦、中国、希腊、俄国、德国、美国、英国、日本等20多个国家.会议上报告论文100余篇.我国有12人(包括大陆、香港、台湾)参加会议,在会上作了10个报告.

低杂波驱动的共振电子径向能量输运

在低杂波驱动电流的托卡马克中,可出现波驱动的共振电子径向能流,由定向能流和传导型能流两部分组成,其效应可能与碰撞效应可比,从而改变了驱动电流的基本图象。

固体的统计细观力学—连接多个耦合的时空尺度

从固体力学所面临的新的挑战——多物理、多尺度耦合及其现状的描述开始,以层裂过程为例,说明了这些多尺度非平衡问题的基本困难在于,在固体中不同尺度上有不同的微结构层次及不同的演化物理和速率．接下来,概述了一些针对这一困难的独特的思路及其成果．第3部分强调了一些统计平均方法的范式,以及处理包含多个时间和空间尺度的问题的新思路,特别是非平衡损伤演化导致宏观失效的问题．在第4部分,简要评述了一些连接多个空间和时间尺度的细观力学框架,如位错理论,物理细观力学,Weibull理论,随机理论等,并且阐述了其中蕴含的跨尺度耦合的机理．然后,在第5部分,回到了描述损伤演化过程的框架,也就是统计细观损伤力学以及它的跨尺度封闭近似．基于这些跨尺度框架,在第6部分,对控制跨尺度耦合的可能机理进行了评述和比较．由于对失效时灾变的洞察与跨尺度强耦合紧密相关,一些非平衡和强相互作用的新概念在第7部分进行了讨论．最后, 以一个简短的总结和一些建议结束．

加卸载响应比(LURR)理论的实验研究

利用大尺度岩石试件破坏声发射实验 ,对加卸载响应比 (Load UnloadResponseRatio)理论进行了实验研究。实验采用的加载条件力求能够模拟地下岩石的复杂受力过程。在加载过程中 ,岩石试件内部出现的损伤用声发射技术进行了记录。实验数据经过分析之后所得的结论与加卸载响应比理论预测的结果相符合。把加卸载响应比值Y的变化情况与声发射事件定位的过程相对比 ,也可以进一步看出岩石材料内部的损伤发展过程与加卸载响应比Y值的变化具有一致性。而高Y值的异常情况出现 ,又是在材料发生最终破坏之前 ,所以 ,可以用加卸载响应比理论定量地分析岩石试件损伤演化情况 ,从而对岩石材料的破坏及地震做出预测。实验结果再一次验证了加卸载响应比理论。

固体中微裂纹系统统计演化的基本描述

本文建议了一种在外界载荷作用下,在固体中产生的微损伤的统计演化的理论描述方法。特别是,作为一个例子,讨论了理想微裂纹系统,以便了解在微裂纹成核和扩展过程中,损伤演化的基本行为。本文也简单讨论了有关的平均损伤函数。

地震临界点理论的实验研究

按照临界点理论 ,在大地震或岩石等脆性材料破坏发生之前能量会加速释放 (AER) ,这种加速过程呈幂律变化 (power law) .本文通过大尺度岩石破裂声发射实验 ,对这一临界现象进行了研究 .实验分别采用 3种岩石试件 ,并且实现了不同轴压加载历史以及三轴应力状态 ;实验利用声发射技术记录了微裂纹产生和扩展时所释放的弹性能 (声发射 ) ;实验结果证实了临界点理论 ,在不同的实验条件下 ,岩石材料在受压破坏之前弹性能会出现明显的加速释放过程 .本文还对使用AER预测中期地震进行了初步研究 .

态矢量方法的实验研究

在地震等灾变的发生之前,会出现一定的前兆现象。文中通过实验方法对这些前兆现象之一的态矢量的异常变化进行了研究。实验使用声发射技术(AcousticEmission),对三轴应力条件下岩石试件内部微裂纹的产生和扩展进行了记录。实验结果表明在岩石试件最终破坏之前,表征态矢量的相关参量都发生了异常明显的变化,这表明态矢量的异常变化可以被用作为岩石等脆性材料灾变的前兆,使用态矢量方法可以对脆性材料的破坏乃至地震作出预测。

损伤统计演化方程的性质和数值模拟

通过对一种含成核尺寸效应的损伤统计演化方程性质的分析和数值模拟，揭示了损伤率主要是由微损伤在二维相空间中的前沿的运动所决定的这也就是Kachanov提出的损伤率演化方程的物理基础数值结果进一步显示了含成核尺寸效应模型在损伤发展上与-维模型的区别而且，由几种形式的细观动力学算出的损伤率与损伤的关系简单。

热等离子体中Stark谱线增宽和移动的理论及实验现状

本文系统介绍了热等离子体中原子和离子辐射的谱线增宽理论和实验现状。特别是结合当前面临的“反直觉结果”(Counter IntuitiveResults) 。

多尺度耦合现象:挑战和机遇

以力学学科的两个重要方向——流体湍流和固体破坏为例,解释了多尺度耦合现象。这类现象的本质是不同尺度上物理的多样性和强耦合,动力系统理论和统计力学为这类现象的研究提供了基本的方法。这种对不同现象中多尺度问题强耦合本质的统一处理可能蕴涵着新的学科生长点。

从“哥伦比亚”号悲剧看多尺度力学问题

航空航天安全蕴含着大量的涉及多个物理层次的多尺度力学问题.多尺度力学问题对现有的力学概念和理论是一个巨大的挑战.以铝合金层裂和岩石脆性破坏为典型案例,讨论了多尺度力学问题的特点、难点以及可能的处理方法,说明合理表征和处理多尺度问题的跨尺度耦合及跨尺度敏感性是解决多尺度问题的关键.

层裂的分形机理及分维和连接阈值的关系

通过对微裂纹连接的动力学分析，提出了描述层裂损伤演化的统计分形模型。指出分形层裂面的形成机理与层裂中微裂纹级串连接的动力学过程密切相关，由此，得到了一种单峰的分维一连接阈值关系，定性解释了分维随韧性单峰变化的实验现象。

固体损伤的演化诱致灾变和预测

为了研究复杂固体材料的失效,采用非线性演化模型对其损伤行为进行研究。在描述断裂集束间相互关系的非局域平均场模型中,损伤演化至失效往往是由一些细微的干扰所致,而不能根据初始损伤分数和相应载荷确定,这就是所谓的演化诱致灾变(EIC)。宏观来讲,相空间中存在一个整体稳定模式和演化诱致灾变模式共存的过渡区域。并对样本个性行为进行了评述,即相同条件下各样本具有不同的演化模式,这是因为在细观和宏观表象之间存在跨尺度敏感性。因此,在相空间中的GS模和EIC模边界附近存在一个敏感区,损伤中一些非常细微的随机增量将能导致演化由GS模向EIC模的激变。这种不同于GS模中的应力涨落的突跳可以认为是演化诱发灾变的前兆。

航天器损伤评估和安全管理中的多尺度力学问题

文章指出航天器的安全性涉及到材料、元件、器件、子系统、系统和整机6个层次。虽然预测和防止失效的任务是在整机层次,但是损伤却是起源于材料的微损伤这一最底层。损伤从原子层次到整机层次的在多个尺度层次上的演化诱致了整体的破坏。由此引入多尺度力学,即研究各种不同长度尺度和时间尺度相互耦合现象的科学。文章试图将力学的宏观运动方程和微结构转变的动力学方程组成统一的方程组,从而得到宏观标量损伤D与微损伤数密度n的关系。文章还指出对于航天器的抗辐射加固问题,微损伤成核和发展的特征时间,与宏观特征空间尺度,以及外加载荷的特征时间之间的耦合关系,即德博拉(Deborah)数,是判断这类损伤演化诱致失效问题的一个关键。

微裂纹串级连接及临界破坏

对一铝合金材料层裂过程的实验研究发现,当损伤累积到一定程度时,受损材料的残余强度突然丧失,表现出临界破坏现象。层裂表面具有分形特征,其分形断面的形成归因于大量微裂纹的串级连接。据此提出了一重正化群弱面模型,并对损伤演化后期的临界破坏现象进行了初步的分析和探讨。

微纳米尺度下材料性能多尺度模拟方法进展

微纳米材料的力学行为正日益引起研究者的关注.微纳米材料的性能取决于从微观、细观到宏观多个空间、时间尺度上不同物理过程非线性耦合演化的结果,发展相应的多尺度数值模拟方法已成为该领域研究工作的一个热点.本文对微纳米材料模拟中比较典型的几种协同多空间尺度和协同多时间尺度方法进行了介绍,着重介绍这些方法的的基本思想、应用情况,以及各自的优缺点,并对微纳米材料多尺度方法的发展趋势进行总结和评述.

非晶Cu形成过程及其力学性能的微观机理研究

用分子动力学方法模拟了非晶Cu的形成过程,研究了非晶Cu力学性能的微观机理.用径向分布函数(RDF)和键对分析方法(PA),分析了快速冷却过程中系统内部结构的变化.非晶Cu径向分布函数第2个峰有明显的劈裂,键对分析表明,在快速降温过程中2331,2211和2101键对的增多是径向分布函数第2峰劈裂的原因.对非晶Cu进行拉伸、剪切加载模拟,结果表明,非晶Cu应力达到最大值之后,没有应力值的突降,宏观上出现类似塑性变形的行为.但是,非晶金属变形的微观机理不同于晶体.本文引入微观数密度统计分析,发现加载过程中微观密度呈现非均匀演化,这为理解宏观类似塑性行为的微观机理提供了线索和可能的分析方法.