论混凝土裂纹体的流变断裂

本文的讨论,提出了可以发展混凝土构件流变断裂的一个一般的框架。探讨了三个主要问题,即本构方程的非线性、动态能量释放率及混凝土中粗骨料与砂浆间界面斜枝微裂纹的发展规律。本文引入混凝土裂纹体的包含断裂元件的流变模型,从而使混凝土断裂的上述问题的研究得以简易化。推导出具有材料非均质性所引起的流变效应的混凝土裂纹体本构方程。将有限应变下的超弹性材料中直形尖裂纹的动态能量释放率G_d的统一处理方法,推广到混凝土裂纹体情况。将G_d分成G_(d1)和G_(d2),它们分别表瞬时断裂和延迟断裂的动态能量释放率。然后,我们再将G_d分成通常的准静态能量释放率加上负的动态贡献,即G_d(t)=(?)(t)+(?)(t)。显然,(?)和(?)对混凝土中裂纹的动态特性的关系,比应变能变化率(?)与动能变化率(?)对它的关系更密切些,这是由于(?)和(?)一般地不是裂纹尖端所固有的缘故。最后,根据混凝土中粗骨料与砂浆间界面斜枝微裂纹的发展规律,借助主裂纹尖端前的“损伤积累”概念,论证了主裂纹是在等时间隔以跳跃形式增长的。     

各种线粘弹体的能量断裂判据

在本文,我们应用粘弹对应性原理探讨了各种线粘性固体的能量断裂判据。这项原理由于在对时间的Laplace变换后的基本粘弹性方程与相应的未经变换的弹性方程间存在相似性而成立,所以我们可利用这一对应性直接写出相关的粘弹性表示式的Laplace变换。于是,反演这些变换了的方程,我们最终分别得到表述Maxwell固体、标准线性固体和Burgers固体的能量断裂判据公式。本文的分析探讨了能量平衡断裂判据对线粘弹体的应用。它表明: (α) 粘弹性裂纹的能量释放率可分成两部分,一部分反映了延迟弹性效应,另一部分反映了粘性流效应; (b) 和Maxwell固体一样,Burgers固体也存在临界状态。由于粘性流的缘故,这一临界状态迟早要到来; (c) 裂纹体一旦到达临界状态,裂纹就将以高速扩展; (d) 与Maxwell物体和Burgers物体相反,标准线性裂纹体存在这样的一个载荷值,低于它时,永不会产生临界状态;高于它时,迟早会陷于临界状态。     

带陷缺流变性材料裂尖断裂过程区的热力学性和电磁性

带缺陷流变性材料破坏过程中显现出热致磁效应的实验结果表明，在材料破坏的过程中，由于内部温度梯度的存在，导致裂尖断裂过程区具有热磁效应，可见，热传导方程应包括电磁的贡献，这种情况意味着断裂过程区内的磁感应场变化，不是由磁通量守恒律的局部化剩余产生，而是本构关系的直接结果，它显示为非局部效应，并参与能量耗散，因此，材料的破坏过程不是纯粹方法的过程，本文应用线性算子谱论建立了条带型断裂过程区的流变场方程     

泛系流变学及其应用(Ⅱ)——物质泛对称性

在文[1]的基础上,本文探讨形式泛系与流变学中一些重要的泛对称性及其转化,同时研究它们在建立和分析物质流变模型中的应用。建立物质流变模型过程中,通常以下述方法描述物质的泛对称性:选择物质的参考构形,确定物质相对于该参考构形的响应泛函。因而,本文首先给出物质泛对称性转化的严格定义。从微观泛箱入手,为构成微模拟,我们研究了弹性物质元的泛对称性,尔后推广到流变物质元。显然,再通过泛系投影可以构成宏模拟。宏微两个层次的模拟是流变力学建立理论模型采用得最广泛的模式,本文最后给出统一的数学描述。     

论裂纹扩展过程中的流变与耗散现象（Ⅰ）

根据裂纹扩展过程中的流变与耗散现象,建立了裂纹扩展期间裂纹体的热力学平衡方程,并依局部场论探讨了局部化剩余的意义。然后,我们把裂纹扩展问题转化为含有质量流源的一个扩散运动问题,并应用内部体力场来研究裂纹扩展力。引入外部热汇,我们把能量耗散问题转化为一个热传导问题。令Clau-sius非补偿热为非负值,建立了裂纹扩展过程中的广义熵不等式,引入耗散势函数,使该不等式转化为某一泛函的可积微分不等式,从而得到它的完全解。只有纵观裂纹扩展的全部历史,才能确定裂纹扩展特性,为此采用Lyapounov函数型的记忆泛函描述全过程,将此全过程分为孕育期、稳定扩展期及失稳扩展期,并给出各个时期的相应判据。本文提出,裂纹体的裂纹扩展过程是: 1 非平衡态不可逆热力学的相容过程; 2 动量不守恒而能量亦耗散的过程; 3 伴有热源汇的非纯粹力学过程; 4 具有衰退记忆的历史延拓过程; 5 微观动力学可逆与宏观热力学不可逆之间的互补过程。     

含缺陷流变性材料破坏过程中宏、细、微观层次体系的一个统一方程

固体的不可逆形变和断裂与一类过程相关,在此过程中宏观效应是细观层次行为起着支配作用。因此,流变性材料在外力作用下的可靠预测应基于对细,微观层次中过程机理的清楚了解。显然,考虑到微,细、宏观层次中不同过程的间的相互作用,并在单一体系内对这些过程进行描述,才能够提供含缺陷流变性材料形变和断裂的充足理论。本文首次提出含缺陷流变性材料破坏过程中宏,细、微观层次体系的一个统一的方程。     

流变学的新进展

流变学近年发展很快,应用范围日渐扩大。这里,只简要地介绍我们开创或发展的流变学的新分支学科——流变断裂学、流变冶金学、泛系流变学方面的主要科研成果。一、流变断裂学无论是线弹性断裂力学中材料的“起裂点”,或是弹塑性断裂理论中裂纹扩展后的“失稳点”,都无法定量地解释变温应力或水持续荷载或它们共同作用下混凝土类含裂纹工程构件中裂纹扩展的时间相关性,更不能给出裂纹扩展全过程的定量描述。为此,我们创建了流变断裂学。     

动裂纹尖端晶体位错的流变力学研究

在本文,我们从流变力学基本原理出发,着重探讨了晶态固体起裂时裂纹尖端附近晶体位错行为。首先,我们指出存在连续分布位错的空间甚至已非Riemann空间,而是具有挠率(torsion)的Cartan空间,该挠率可描述位错密度,从而经典的调和方程不再适用于宏观断裂力学。其次,我们进一步探讨了裂纹尖端附近运动位错引起的应力埸与U(1)群整体规范埸间的关系,它表明裂纹尖端周围的运动位错埸必须满足Dirac量子化条件。     

对含缺陷高分子材料破坏理论未来研究方向与应用前景的思考

在含缺陷分子材料破坏过程中多场耦合跨物质层次分析成果的基础上，以裂尖过程区为重点，以能量耗散机制为主线，对含缺陷高分子材料破坏理论的未来研究方向与应用前景进行了概括性探讨。     

粘弹—粘塑相似性的一个非线性原理

根据蠕变试验结果,我们发现某些粘弹性材料的特性在下述意义上相似于热流变性简单材料的特性:相应于不同应力的蠕变函数对数与时间对数的曲线具有相同的形式,而它们都是主曲线的移位。其次,为进一步描述热流变性简单材料的各向异性特性,依照内变量理论,本文采用了一个映射应力张量代替各向同性蠕变势中的真实应力张量。根据Betten蠕变势理论是基于最大耗散率原理.从而,按照涉及蠕变条件的著名Lagrange方法,可以得到各向异性热流变简单材料的流变法则。本文从这一流变法则导出本构方程。这里,“各向异性”的意义是指“包括损伤”,即“包括分布缺陷”.文中发展的理论是建立在内蕴时间概念上的,这一内蕴时间是取为应力张量的函数,从而可将它视为材料函数。通过内蕴时间理论的热力学分析,我们发现若能恰当地定义内蕴时间,使得广义内耗(Hemholz自由能对内变量的偏导数)正比于相应内变量对内蕴时间的变化率,则所研究的各向异性热流变简单材料(即考虑损伤的热粘塑性材料)的本构方程形式就与广义内耗正比于相应内变量速率的粘弹性材料的本构方程形式完全一样。这样,类似于线性范围内的弹-粘弹对应性原理的概念,本文建立了非线性的粘弹-粘塑相似性理论。这一成果大大有利于裂隙流变性材料中裂纹扩展过程的研究,从而充实了流变断裂学的内容。