论非线性断裂力学的基本平衡定律（Ⅱ）──非局部理论（主要结果简介）

本文建立了非线性断裂力学基本平衡定律非局部理论的基础，给出了物体体内，物体原表面，特别是新断裂表面上的平衡方程．后者正是裂纹扩展过程中所应满足的一组必要条件，包括质量条件、动量条件、动量知条件、能量条件及熵条件等．结论是：断裂过程是一个部分诸体内量毁灭和部分诸表面量在新断裂表面上创生的过程．该结果在局部理论范围内是无法解释的．本文是前文［１～３］局部理论结果的继续和推广，本文把前文及非局部连续统理论［４］作为特殊情况包括在内．

非恒稳含时电极过程中涨落-耗散的电化学效应——恒电势滴汞电极体系的随机热力学模型

以滴汞电极体系为模型 ,对非恒稳恒电势动态不可逆电极过程中的耗散 -涨落效应进行了系统的研究 .基于滴汞电极体系的电化学特征 ,提出了一个简化的含时随机热力学模型 ,从而可能对这类重要的含时物理化学过程进行涨落和耗散的定量分析 .借助该简化的模型 ,成功地建立了恒电势滴汞电极过程的基本随机热力学公式 ,由此推出耗散 -涨落效应的理论极谱曲线 .在滴汞电极生长缓慢及扩散步骤严重滞后情况下 ,含时的滴汞电极过程将趋于在有效扩散层厚度演化的慢流型上的准定态过程 .在这种准定态近似下 ,具体分析了涨落对极谱曲线的影响 .结果表明 ,在涨落影响可以忽略的近平衡区 ,从耗散 -涨落导出的极谱方程与从平衡态 Nernst公式导出的极谱方程完全吻合 .还计算了一个涨落诱导的极谱曲线偏离的典型范例 .

非平衡晶界偏聚理论在INCONEL 718合金研究中的应用

评述了国际上将溶质晶界偏聚领域的最新研究成果——非平衡晶界偏聚理论,用于INCONEL 718合金研究中所取得的最新进展。

瞬态涡旋动力学与非平衡体系中的异常核现象

根据实验现象和已发表的数据,对电解过程中的尖端效应、磁自收缩现象、阴极表面电化学双层的高能集中、极化核聚变的产生进行了分析研究.利用CR 39固体径迹探测器记录到电化学系统中高度集中而且准直的10MeV以上的异常高能带电粒子.提出了涡旋动力学理论解释电化学放电过程中的异常现象———过剩热和非平衡系统中的异常核现象.

多层次固体断裂非平衡统计理论框架

从分析实际固体材料的微观细观缺陷结构出发，在断裂非平衡统计理论基础上，给出了微观细观宏观多层次结合的固体断裂非平衡统计理论框架图，描述了各层次在断裂过程中的相互联系，讨论了微裂纹、晶界和晶格原子结构及有关电子云分布等在断裂过程中的作用．

对水滴表面蒸发的一种非平衡热力学方法

引言叶面上的水滴蒸发是农业气象上一个重要的自然现象,对于这个问题近年来有深入的研究.Leclerc等(1985)应用一种能量平衡方法模拟了人造大豆叶片上的水滴蒸发.Leclerc等(1986)推导出一个用于摆动叶片上半球形水滴蒸发的表达式,与根据传输理论所计算的自由空间中球形水滴的传输系数相比。

有限时间热力学理论的特征及发展中几个重要标志

有限时间热力学是经典热力学的延伸和推广 ,是现代热力学理论的一个新分支 .主要研究非平衡系统在有限时间中能流和熵流的规律 .它既不同于 2 0世纪 30年代建立起来的不可逆热力学 ,又不同于工程热力学 ,有它自己鲜明的理论特征 .现已广泛地应用于物理、化学和工程热物理等许多学科领域 ,建立了一系列相应的新理论 .在有限时间热力学的发展过程中 ,内可逆卡诺循环模型、最大功率输出时的效率、基本优化关系、内可逆循环统一理论、不可逆循环理论等方面的研究起到了极其重要的作用 .文中还结合相关的问题简述我们组在有限时间热力学研究中所做的部分工作和特色 .

疲劳裂纹扩展的非平衡统计模型

为了研究金属中微观结构对疲劳裂纹扩展性能的影响 ,在建立的宏观与微观相结合的疲劳断裂非平衡统计理论中 ,考虑了材料微观结构因素 ,得到了包括疲劳短裂纹及长裂纹的整个金属疲劳寿命内的普适裂纹扩展速率公式 。

复杂系统的热力学理论

现有的热力学理论在处理远离平衡的开放复杂系统方面遇到了前所未有的困难。本文提出一个新的热力学原理:“一个远离平衡的开放复杂系统总是在寻找一种优化过程使得系统在给定的约束或代价下获得最大广义流J”的新热力学原理,在此基础上发展了开放系统的统计理论,分析了非平衡相变,阐述了复杂系统中由自然选择而导致的进化,最后从物理和数学上导出了耗散结构的形态即复杂系统的分形结构,试图为解决30年来分形机理的疑难和困惑提供借鉴。

自蔓延高温合成过程中的非平衡问题

自蔓延高温合成(SHS)技术是一门新兴的学科,因其独特的优越性而备受材料科学家的关注。在简要介绍自蔓延高温合成技术的基础上,系统地阐述了SHS过程中的非平衡现象,重点分析了非平衡现象的影响因素及SHS非平衡理论的研究进展,并对SHS非平衡研究作了简要评价,提出了目前存在的问题和未来SHS的研究方向。

系统的能谱、温度和熵的演化(Ⅱ)——非平衡系统

对正、负能谱中 ,非平衡系统的演化规律间的互补对应进行了基础性探讨 .

热局部非平衡流体多孔弹性半平面问题的非线性研究

在几何非线性和热局部非平衡条件下,对不可压流体饱和多孔热弹性半平面在表面温度载荷作用下的热动力学特性进行研究。首先基于多孔介质混合物理论给出了问题的动力学数学模型。然后提出了一种综合的数值计算方法来求解问题,该方法通过微分求积法和二阶后向差分格式在空间域和时间域离散数学模型,利用Newton-Raphson法求解非线性代数方程组,从而可得到问题的数值结果。研究表明,求解方法是有效可靠的,且具有计算量小、精度高等优点。最后,研究了流体饱和多孔热弹性半平面在表面温度载荷下的热力学特性,考察了材料参数和几何非线性对半平面动力学行为的影响。

与非平衡问题相关的尺度效应:场与微粒

纳米技术的出现,使我们有必要更好地了解,在原子水平上材料微结构的变化是如何影响和控制着材料的宏观性能。这一挑战涉及到许多以前不曾考虑和不曾了解的现象.其中,位错理论的基础现在知道是有问题的.宏观尺度下采用的简化假设,也许不能用于微观和纳米尺度。尺度效应的含义,涉及到物理系统的非均质和非平衡特性。宏观尺度下的均匀与平衡特性,在材料的物理尺度减少到微米量级时就不再保持了。这些基本观点不能够为了方便而随意到处使用,因为这会改变预测的结果。更令人不满的是在建立物理模型时缺乏一致性。由此产生的问题是在确定制造过程中的有关参数时无能为力,导致由于成本过高而不切实际的终端产品。先进的复合材料和陶瓷材料就存在这样的问题,本文将要讨论的是在原子尺度与连续介质尺度下应用理论模型时存在的潜在问题,而不是去揭示自然的真相。主要讨论微粒,均匀连续介质或者两者的结合,尺度效应问题当前的发展趋势,趋向于在有或者没有时间效应的情况下寻找材料微结构的不同特征尺寸,从原子模拟模型中将了解到许多情况,原子模拟计算将揭示计算结果如何随着边界条件和尺度变化而不同。量子力学,连续介质力学和宇宙模型证明,没有普遍适用的方法,当前的主要兴趣也许是针对多尺度物理问题在技术上建?

剪切变形下非晶态高聚物的力学行为

基于非平衡态热力学理论,提出了一个适用于不可压材料的新的热粘弹性本构模型· 该模型将橡胶弹性理论中的非高斯分子网络模型推广到计及粘性和热效应的情形· 通过引入一组二阶张量形式的内变量,建议了一个新的Helmholtz自由能表达式,从而可以用来合理描述内变量的演化规律· 根据以上模型,重点研究了热粘弹性材料在简单剪切变形下的力学行为,考察了由于分子链取向分布的变化而产生的"粘性耗散诱导"各向异性。

应力场与电磁场中非平衡系统的熵密度增率

鉴于黑白图象被彩色化后能大大提高其分辨率以及密度假彩色化方法越来越广泛的在科研和生产当中的应用，我们在1983年将我系张静江、王书颖、刘大禾等同志在1982年研究成功的“光栅编码位相型图象的假彩色化”方法排成一个新实验，安排在学生的光学专业选修课及进修教师的实验课中。

非平衡涨落问题的微观唯象分析理论(Ⅰ)——一种新的广义不可逆热力学理论与热涨落中涨落—耗散表示式的非平衡修正

本文给出非平衡涨落问题的微观唯象分析理论——非平衡涨落的统计学描述理论。该理论的基础是广义非平衡熵与描述涨落几率的爱因斯坦表示式的推广。通过计算求得刚体热传导中比能与热通量的非平衡涨落的二阶矩。导出对热涨落的通用涨落-耗散表示式的非平衡修正,同时发现该修正相当于固体电介质中的光子热输运与金属中电子热输运的数值修正。

含振动能激发Boltzmann模型方程气体动理论统一算法验证与分析

为模拟研究高温高马赫数下多原子气体内能激发对跨流域非平衡流动的影响,将转动能、振动能分别作为气体分子速度分布函数的自变量,把转动能和振动能处理为连续分布的能量模式,将Boltzmann方程的碰撞项分解成弹性碰撞项和非弹性碰撞项,同时将非弹性碰撞按一定松弛速率分解为平动-转动能松弛过程和平动-转动-振动能松弛过程,构造了一类考虑振动能激发的Boltzmann模型方程,并证明了其守恒性和H定理.基于内部能量变量对分布函数无穷积分,引入三个约化速度分布函数,得到一组考虑振动能激发的约化速度分布函数控制方程组,使用离散速度坐标法,基于LU-SGS隐式格式和有限体积法求解离散速度分布函数,建立含振动能激发的气体动理论统一算法.通过开展高稀薄流到连续流圆柱绕流问题统一算法与直接模拟蒙特卡罗法模拟结果对比分析,特别是过渡流区平动、转动、振动非平衡效应对绕流流场与物面力热特性的影响机制,证实了所建立的含振动能激发的Boltzmann模型方程及气体动理论统一算法的准确可靠性.

耗散结构理论的建立

耗散结构理论建立至今已有二十年的历史,它对当代科学和哲学发展的影响日益显著,有人甚至认为它代表了下一次的科学革命。普利高津(Prigogine)为此荣获了1977年诺贝尔化学奖。 本文试图通过对耗散结构理论建立过程的分析,探讨科学发现的一般特征及其规律性。

量子非平衡态与输运计算物理

在外场驱动下,系统会偏离平衡态分布规律进入非平衡状态,产生包括电荷和能量的输运现象以及丰富的非平衡亚稳态新奇物相.电荷和能量通过一个量子多体材料系统进行传输是能量与信息的转化和存储中的基本过程,而在远离平衡态条件下材料的物性能发生极大的改变.对材料和器件包括输运特性在内的非平衡物态进行深入理解和精确计算是提升物质特性调控能力的核心,是促进相关制造技术进步的关键,构成凝聚态物理和计算物理的前沿研究领域.