微觀力學(xué)二階梯度連續(xù)理論及黏聚性材料應(yīng)變軟化研究

　　工程中許多常見的黏聚性材料，如金屬、合金、復(fù)合材料、巖石、膠凝材料等，都具有明顯的應(yīng)變軟化特性。實踐表明，應(yīng)變軟化的出現(xiàn)往往是材料或其結(jié)構(gòu)完全失效的先兆，不僅直接影響著碎巖機具的使用壽命，是巖石破碎的重要機理之一，更直接影響著工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。現(xiàn)場路堤和地基的滑動破壞、隧道和地下建筑結(jié)構(gòu)開挖過程中的巖爆與塌方以及山體運動的褶皺、斷層等，所有這些工程問題均與材料的應(yīng)變軟化所造成的損傷破壞密切相關(guān)。近年來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及城市基建規(guī)模的日益擴大，能源和礦產(chǎn)資源開發(fā)、交通建設(shè)、水利水電工程和國防工程的建造呈現(xiàn)出規(guī)模巨大、速度快、要求高的特點。應(yīng)變軟化的頻繁出現(xiàn)無疑給施工的效率、工程結(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性帶來了一系列挑戰(zhàn)。多年來，材料應(yīng)變軟化問題的研究一直是國內(nèi)外固體材料力學(xué)界廣泛關(guān)注及富有挑戰(zhàn)性的基礎(chǔ)課題之一。在工程領(lǐng)域已有不少學(xué)者采用了試驗方法來研究各種應(yīng)變軟化材料的本構(gòu)關(guān)系及變形破壞過程，為揭示應(yīng)變軟化材料的損傷機理提供了寶貴的一手資料。然而由于受到人力、物力、財力等因素的制約，試驗和現(xiàn)場測試工作往往受到不同程度的限制。隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)及固體力學(xué)的發(fā)展，力學(xué)建模的分析方法為揭示應(yīng)變軟化材料的損傷過程和機理提供了重要手段。近年來，學(xué)者們紛紛從宏觀角度針對巖石、混凝土等特定材料提出了各種不同的應(yīng)變軟化本構(gòu)模型及數(shù)值計算方法，在很大程度上加深了人們對應(yīng)變軟化問題的認識。然而，現(xiàn)有的模型和計算方法大多未考慮應(yīng)變軟化材料的微觀結(jié)構(gòu)特點，故難以深層次地反映材料真實的力學(xué)損傷機制；此外，現(xiàn)有的力學(xué)理論在求解復(fù)雜力學(xué)模型時依然存在解的非有效性以及網(wǎng)格依賴性等問題，極大地限制了應(yīng)變軟化數(shù)值模型在實際工程中的推廣應(yīng)用。鑒于此，本專著以均質(zhì)各向同性的黏聚性應(yīng)變軟化材料為研究對象，從微觀力學(xué)角度建立了適用于多維空間的張量形式的二階梯度連續(xù)理論模型，結(jié)合現(xiàn)代無網(wǎng)格伽遼金數(shù)值分析方法建立了完整的數(shù)值模型，并編寫出了MATLAB可視化數(shù)值模擬程序。最后還選取了3種典型的應(yīng)變軟化計算實例，即錯位帶和剪切帶的演化過程、氮化硅陶瓷復(fù)合材料的單軸拉伸破壞以及巖石（花崗巖）的靜壓人破碎過程，驗證和對比分析了所建立的模型的適用性和準(zhǔn)確性，對二維空間的應(yīng)變軟化材料變形損傷過程和機理進行了系統(tǒng)研究。

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