“UNIFIED STRENGTH THEORY AND ITS APPLICATION” 评介

强度理论主要研究应力和应变的极限状态, 以便与容许的应力和应变进行比较. 仅仅单轴 实验及其结果是不充分的, 还需要双轴和三轴的研究. 因为不同的材料在复杂应力-应变状态 下具有不同的力学性能, 所以屈服准则和破坏准则就会起到非常重要的作用. 采用这些理论 进行研究的目的是确保土木结构和机械结构的安全性. 然而一般来说, 这些理论只能对有限 的材料及其相关的应力-应变状态进行分析, 它们并不能解决产生所有问题的每个方面, 因此, 统一强度理论就在不断地探索中. 在俞茂宏著《统一强度理论及其应用(英文版)》(Ber- lin: Springer, 2004)中, 作者首先从双剪和双剪屈服准则的概念出发, 先后建立了双剪强度理论和统 一强度理论. 统一强度理论的极限线覆盖了外凸极限线的全部区域, 并且可以扩展到非凸极 限线的区域. 该书不仅是理论、实验、应用和历史的论述, 而且是作者独特研究的专门著作. 书中的内容明显地反映出了这些特点. 书的各章目录分别为: 1绪论; 2单元体应力状态; 3统一屈服准则; 4屈服准则的验证; 5统一屈服准则的扩展; 6材料在复杂应力状态下的基本特性; 7统一强度理论; 8强度理论的实验验证; 9统一屈服准则的应用; 10结构分析的破 坏准则效应; 11历史评论; 12参考文献和书目. 各章后面有一个小结和与重要内容有关的习题. 最后一章涵盖了历史评论和从1638年到2002 年间超过1\,000种的完整的书目. 本书适用于广泛的读者,它对强度理论及其应用领域有重要贡献.     

考虑拉压强度差效应的厚壁圆筒承载能力分析

应用双剪统一强度理论，考虑材料的拉压异性和同性，推导了在内压力和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷表达式．在该表达式中，当反映中间主应力效应的系数取不同的值时，就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则的计算结果，并且绘制了在相应准则下的极限应力线图．从而可知：在三维应力状态下，应用该理论，可以获得极限载荷分析的精确解；极限载荷线图与三种屈服准则的屈服曲线是相吻合的；计算的结果可以用于拉压异性和同性的材料，为工程应用提供了理论依据．     

线性荷载作用下外简支环板的极限荷载分析

对于线性荷载作用下外简支环板,引入统一强度理论,进行了极限荷载分析。并分别求出了两种特殊形式的线性荷载作用下的极限荷载统一解,得出参数b值及材料的拉压比α对极限荷载的影响曲线。统一强度理论中,选择不同的参数b,可以得到一系列不同的屈服准则,不同的b值可以对应不同的工程材料,其中b=0和b=1分别给出了下限解和上限解。工程实际中,α可根据实际材料的拉压强度直接确定。当α=1时,统一强度理论适用于拉压强度相同的材料,当a≠1时,适用于拉压强度不同的材料。因此文中所给出的解可以灵活应用于各种性能的材料,可以充分反映材料的SD效应及中间主应力效应。已有的Tresca准则,Mises准则,双剪应力屈服准则以及双剪统一屈服准则的解答均为本文解答的特例或线性逼近。     

一种适合于岩石材料的双剪模型

岩土类材料强度理论分为单剪强度理论、三剪强度理论和双剪强度理论。三类强度理论的典型代表是Mohr -Coulomb强度理论、Drucker-Prager准则和双剪强度理论。单剪强度理论、三剪强度理论和双剪强度理论都有其相应的单元模型 ,分析单元体上对单元体破坏起主要作用的应力 ,建立各应力分量之间的数学关系 ,形成岩土类材料的强度理论。本文分析岩石围压试验和真三轴试验下的破坏及强度特征 ,提出一种适合于岩石材料的双剪模型 ,与三类强度理论建模方法相同 ,可以得出一系列新的强度理论     

复杂应力状态下岩土材料非线性本构模型研究

基于统一强度理论,将洛德参数引入统一强度理论,推导出材料的统一强度参数,进而分析中间主应力以及主剪应力系数对材料统一强度参数的影响。在此基础上,对邓肯张双曲线模型进行改进,使得该模型能够反映复杂应力状态下的应力应变关系。采用粘土的平面应变试验进行验证,结果表明:在平面应变情况下,当b=0.4时,模型能够较好地反映粘土的应力应变关系,及其强度参数。分析了洛德参数以及中间主应力系数对模型的影响,进一步说明岩土材料存在主应力效应。该模型能够反映不同材料在复杂应力状态下的应力应变关系,有其更为广泛的适用性。     

孔洞受压的统一极限分析

采用俞茂宏统一强度理论分别就平面应变和平面应力总是对受压孔洞进行了极限分析，得到了各自的统一解形式。以往的基于Ｔｒｅｓｃａ、Ｍｉｓｅｓ、双剪屈服准则以及Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ强度理论的极限解均为本文统一解的特例。此解可以适应于广泛的不同性质的各灯材料，合理也得出不同材料的相应解。     

失效准则在广义Mohr空间的表示及应用

在广义的Mohr空间研究材料的破坏和屈服(失效)，找到了主应力空间和广义Mohr空 间中失效曲面的变换，以及适用于所有失效准则的应力和失效面法向的普适相容关系. 对于 双剪强度理论，根据它在广义Mohr空间的表示，将之归于最大偏应力理论一类.     

基于双剪统一强度理论的厚壁圆筒塑性极限载荷分析

应用双剪统一强度理论,考虑材料的拉压异性和同性,推导了在内压和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷表达式．在该表达式中,当其系数取不同的值时,就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则进行计算的结果．     

平面应变状态下广义非线性统一强度理论的研究

基于广义Hoek-Brown准则的非线性统一强度理论不仅考虑了中间主剪应力效应及其区间性,而且将统一屈服准则、统一强度理论、岩石的非线性统一强度理论联系起来,对在三向应力状态下岩石的破坏特性比较适用。本文利用广义非线性统一强度对平面状态下岩石的强度破坏进行了研究,得到了基于广义非线性统一强度理论的包络线方程,分析了有效剪应力和内摩擦角随有效正应力的变化规律,讨论了中间主剪应力效应参数对剪切破坏包络线及内摩擦角的影响。参数分析结果表明:在平面应变状态下,有效剪应力随着中间主剪应力效应参数的增大而增大,而内摩擦角随中间主剪应力效应参数的增大趋于稳定。     

多轴加载下混凝土细观破坏模拟的强度准则探讨

实际工程结构中混凝土材料大多处于双轴或三轴的复杂应力状态,已有的细观力学数值研究工作大多针对单轴加载问题,对于双轴或者三轴加载条件下混凝土破坏模拟的研究相对较少。复杂受力条件下的混凝土材料破坏模拟中,细观组分强度准则选取的合理与否将成为混凝土破坏模式及宏观力学性能数值研究准确和成功与否的关键。本文旨在探讨单轴强度准则,如最大拉应变准则在多轴加载条件下混凝土破坏过程研究中运用的合理性。鉴于此,首先在细观尺度上建立了混凝土试件的二维随机骨料模型,分别采用弹性损伤本构关系模型及塑性损伤本构关系模型来描述细观组分(即砂浆基质)的力学性能,对双轴加载条件下混凝土的细观破坏过程进行数值模拟,对比了单轴强度准则和多轴强度准则下混凝土试件破坏路径及宏观应力-应变关系的差异。数值结果表明,简单的单轴强度准则难以反映双轴加载下混凝土内部应力状态的复杂性,不宜采用单轴强度准则来描述多轴加载下混凝土的破坏行为。     

Investigation on critical triaxiality along unified yield loci at crack tip under mixed mode (I + II) fracture

Metallic components used in industries and day to day appliances often contain micro-cracks. In general, cracks occur in various orientations to the loading axis. The present paper discusses the criticality of stress triaxiality, a well-known ductile fracture parameter, on the yield loci at the crack tip. In the process, an old model of stress triaxiality has been generalized using unified strength theory to incorporate various convex and nonconvex failure criteria, including single shear, twin shear, etc. The new triaxiality model also reveals about the effect of intermediate principal stress at the crack tip for materials with and without strength difference. The crack initiation angles at the crack tip, obtained through the proposed model have been found to be in unison with those obtained through other fracture criteria.     

STUDY OF THREE-SHEAR STRESS UNIFIED STRENGTH THEORY

材料强度理论研究是高等材料力学的一个重要研究领域,200多年来,各国学者提出了许多强度理论及试验研究结果.这些理论都是从不同的假设和力学模型出发,推导出不同的数学表达式,但一般只适用于某一类特定的材料.各种强度理论之间是否有联系?是否可能建立一个广泛适用的统一强度理论?自19世纪末以来,世界各国学者都在努力寻求建立统一强度理论,但一直没有成功.本文应用理论研究和试验验证相结合的方法,提出并验证了三剪应力统一强度理论。认为当作用于菱形十二面单元体上的三个主剪应力及其作用面上的三个正应力的函数达到某一极限值时,材料发生破坏.三剪应力统一强度理论是全应力理论,它用一个统一的线性表达式包含或逼近了现有的和其他新的各种单一和统一、线性和非线性、外凸和非凸的强度理论,形成了以单剪强度理论为下限、而以三剪应力强度理论为上限的一系列强度理论的新体系,实现了外凸强度理论和非凸强度理论的高度统一,使强度理论从适用于某一类材料、某种应力状态的单一强度理论发展为可以适用于各种材料及不同应力状态的统一强度理论,并能更大程度地发挥材料的强度潜力.通过与大量试验结果的对比分析表明：三剪应力统一强度理论可以广泛适用于各种材料及其不同的应力状态.     

弹塑性材料的平面应力非连续分岔

基于平面应力非连续分岔特性的一般描述,运用统一强度理论,得出了非相关流动情形的弹塑性材料平面应力非连续分岔的起始方位角以及相应的最大硬化模量的统一解析解,并且分析了材料拉压异性以及不同程度的中间应力对结果的影响,进而发现所得的结果一强度准则的选取有关,揭示了在分岔研究中正确选取符合材料特性的强度准则的重要性。最后,同特线理论比较发现平面应力剪切带型非连续分岔同平面应力特征线重合。     

冲击荷载作用下简支圆板的塑性动力响应统一解

采用统一强度理论求解了简支圆板在中等脉冲荷载作用下的动力响应问题,得出了统一的动力塑性极限荷载、内力场和速度场,并给出了上限解和下限解。讨论了静力许可条件和运动许可条件。利用本文的解还得出了简支圆板在静力荷载作用下的极限荷载、内力场和速度场。根据选择不同的拉压比参数,本文所给出的解可以适用于各种拉压异性和拉压同性材料。Tresca解、Mohr Coulomb解和双剪统一屈服准则解是本文的特例,Mises解是本文当=1和b=0.5时的线性逼近。研究结果表明,拉压比和强度理论参数b对动力解的影响要大于对静力解的影响,所以,根据材料的不同选择合适的强度理论,对于更好的发挥材料的强度潜力,减轻结构的重量具有重要的意义。     

一个弹-粘塑性问题的统一解析解

采用统一强度理论对平面应变轴对称问题在弹－粘塑性状态下的解析解进行了分析,由此得到的统一解可以蜕化成一系列从Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ单剪强度理论到双剪强度理论的平面应变轴对称问题解析式。献中已有的关于弹－粘塑性问题的单剪解为本的特例,统一强度理论可以给出更符合各种不同材料特性的合理解。     

考虑材料拉压异性的固支圆板塑性极统一解

本文采用最新的统一强度理论求出了固支圆板的塑性极限荷载,内力场及速度的统一解;得出了强度理论参数b及材料的不同拉压比α对塑性极限的影响曲线,所给出的解可以灵活地适用于各种不同特性的材料及机械、土木、航空等工程的相关结构中,文献中已有的Tresca解,Mises解和双剪统一屈服准则解均为本文的特例,本文的统一解还给出了一系列新的结果,统一解大于Tresca,Mohr-Coulomb的单剪理论解,它可以更好地发挥材料的强度潜力,工程应用可以取得明显的经济效益。     

UNIFIED STRENGTH THEORY AND ITS APPLICATION

This book provides a new Unified Strength Theory and describes its applications. The Unified Strength Theory is a system of yield and failure criteria of materials under complex stresses. It covers the entire range of convex failure criteria, from lower bound (Tresca yield criteria and Mohr-Coulomb failure criteria) to upper bound (twin-shear failure criteria). It also includes the non-convex yield and non-convex failure criteria. A series of new failure criteria and previous failure and yield criteria can be deduced from the Unified Strength Theory. The work presented in this book is unprecedented in the field of strength theory. It is useful for students in understanding the strength theory, for engineers to correctly use it and for researchers to choose an appropriate failure criteria in studying the strength of materials and structures. An experimental verification, engineering applications, a detailed historical review and more than 1000 references are provided. Written for Researchers in applied mechanics and materials science