非平衡态/不可逆过程的热力学理论(Ⅱ)

<正> 7 解的唯一性 如果不考虑非平衡态和不可逆性,则等能密度理论中的基本命题与经典弹性理论中的在形式上完全相同。无论整个系统的动能是大还是小,图6中(sumform)_o上的面力T_i和在(sumform)_c和在的位移u_i将始终在空间坐标系x_i和时刻i下给出。与一般力学中相同,必须知道有关位移u_i及其时间导数的初始条件。它们的影响则可通过(38)和(39)向等能面转化,从而得到     

非平衡态/不可逆过程的热力学理论(Ⅰ)

一切物理过程或现象都具有瞬时性和不可逆性,迄今为止的所有热力学和连续介质力学理论皆因为或多或少的理想化假设而不能对这些过程或现象的物理本质作出精确的客观描述。新理论与传统理论的根本分歧在于把热形式的变化和机械形式的变化视作共同存在于同一物理过程或现象中互相耦合的两个方面,它们的有机组合则通过传统的热量概念的舍弃而得到实现;耗散能密度和有效能密度被定义为互相排斥的两个独立变量,对物体转动、变形以及体积变化的描述被统一起来,物理过程的不可逆本质成为新理论的固有特征。新理论不需要对材料的本构方程作任何预先假设。相反,这些本构方程将在求解过程中自动地推解出来,只需要输入材料变形的初始斜率及有关加载历史的数据。在新理论中,体积能密度和表面能密度可以相互转换,或者说体积相对于面积的变化是有限值而不是如传统理论中所假设的那样,在取极限过程中趋近于零而忽略不计,也正是该假设导致在传统理论中热变化和机械变化的相互独立(解耦)。新理论保留了非线性和有限变形,从而可以通过设置恰当的力或位移边界条件来求解任何边值问题。平衡态/不可逆过程被证明具有唯一解,非平衡态/不可逆过程则被证明具有确定的极限解且受到平衡态/不可逆过程的限界。等能...     

非平衡态/不可逆过程的热力学理论(Ⅰ)

一切物理过程或现象都具有瞬时性和不可逆性,迄今为止的所有热力学和连续介质力学理论皆因为或多或少的理想化假设而不能对这些过程或现象的物理本质作出精确的客观描述。新理论与传统理论的根本分歧在于把热形式的变化和机械形式的变化视作共同存在于同一物理过程或现象中互相耦合的两个方面,它们的有机组合则通过传统的热量概念的舍弃而得到实现;耗散能密度和有效能密度被定义为互相排斥的两个独立变量,对物体转动、变形以及体积变化的描述被统一起来,物理过程的不可逆本质成为新理论的固有特征。新理论不需要对材料的本构方程作任何预先假设。相反,这些本构方程将在求解过程中自动地推解出来,只需要输入材料变形的初始斜率及有关加载历史的数据。在新理论中,体积能密度和表面能密度可以相互转换,或者说体积相对于面积的变化是有限值而不是如传统理论中所假设的那样,在取极限过程中趋近于零而忽略不计,也正是该假设导致在传统理论中热变化和机械变化的相互独立(解耦)。新理论保留了非线性和有限变形,从而可以通过设置恰当的力或位移边界条件来求解任何边值问题。平衡态/不可逆过程被证明具有唯一解,非平衡态/不可逆过程则被证明具有确定的极限解且受到平衡态/不可逆过程的限界。等能...      

应变相关三维蠕变损伤和破坏的热力学基础

应用热力学定律阐明了非等温多维蠕变损伤和破坏的概念。从以应力、温度和损伤诸函数的时间积分表示的Gibbs自由能泛函出发,并借助热力学第二定律,导出了关于应变、熵和损伤的本构律,它们一般足以包括现有的各种理论。然后,选取更具体的Gibbs自由能形式,得到了应变相关损伤理论的控制本构律。此外还对耦合和准静态非耦合两种情况,讨论了应力、位移、温度和损伤的边值问题的表述。     

金属材料蠕变的微观热力学机理及本构方程的研究

蠕变是金属材料的重要现象，其机理及本构方程的研究则是其重要的研究领域。虽然这方面工作已为数颇多，但迄今尚难以与实验有较好的吻合。本文在综合前人各种蠕变机理的基础上，提出金属材料蠕变的热力学机理，并进而推导出蠕变的本构方程及里面变量应力和温度所满足的约束条件。其数值结果与试验较为一致。     

老化粘弹性蠕变本构方程中的热力学条件

针对具有"老化"特性的粘弹性材料,从不可逆热力学角度给出了其本构关系应该满足的条件;以混凝土材料为例,对某些蠕变关系式进行探讨,指出了老化材料蠕变方程应该满足的关系.     

构造本构方程的另一种方法——非平衡不可逆热力学方法

重点介绍了以Onsager-Casimir倒易定律为基础,从不可逆热力学观点出发,对远离平衡状态,引进新的变量(被称为动态变量),构造本构方程．并以简单剪切流场为例,求出了测黏函数．     

时间无关不可逆过程及不可逆系统的稳定性

在不可逆热力学框架内引入了四条基本假设，建立了宏观本构关系的新的逻辑系统．在假设3中通过引入一种新的运算，把内变量演化方程定义在时间的点集上．结合讨论C1ausius-Dubem不等式，得到了假设4，它把时间点集的性质与系统状态联起来．以此为基础，证明了一致性条件成立的判别准则和加卸载准则，并成功地解释了实验现象存在有一个应变速率的临界值，当加载应变速率低于该值时，材料的应力—应变关系基本上与速率无关；当高于该值时，则明显与速率相关、更富有力学含义地给出了不可逆系统稳定性的一种定义，并证明了判别稳定性的一个准则．此外，还得出系统稳定是不可逆行为与时间无关的前提条件．     

考虑非稳定蠕变及温度效应的碾压混凝有限元分析

本文将混凝土的瞬态热传导和徐变过程与内时损伤本构模型相结合、给出碾压混凝土考虑非稳定蠕变及温度影响下损伤破坏的非线性有限元计算格式，并编制出相应的分析程序，最后以实例进行了分析计算。     

考虑非稳定蠕变及温度效应的碾压混凝土有限元分析

本文将混凝土的瞬态热传导和徐变过程与内时损伤本构模型相结合，给出碾压混凝土考虑非稳定蠕变及温度影响下损伤破坏的非线性有限元计算格式，并编制出相应的分析程序，最后以实例进行了分析计算。     

隧道围岩的黏弹塑蠕变模型及参数劣化分析

为了更好地研究在不同围压作用下海棠山隧道围岩的蠕变变形特性,采用TAW-2000岩石试验机对围岩进行了加载蠕变试验,分析了围岩的轴向蠕变和等时应力-应变特性,确定了围岩的长期强度值。将现有蠕变模型与蠕变各阶段进行相互对应,并采用蠕变曲线的特殊点和蠕变变形的定义,提出一种新型的确定蠕变参数的方法;进而对蠕变参数与应力之间的关系进行分析,得到考虑应力状态对蠕变参数产生劣化影响的改进蠕变模型,最终通过试验数据和计算结果对模型进行了验证。结果表明:改进后的蠕变模型可以较好地反映岩石的蠕变特性,且模型的计算结果与试验数据具有良好的吻合度,这说明该模型不仅准确地反映了衰减和稳定蠕变阶段的蠕变特性,也克服了传统西原体难以描述加速蠕变的缺点;并且,该模型也考虑到了蠕变参数随应力变化发生的劣化。     

四边简支矩形板的蠕变损伤非线性弯曲

基于Kachanov蠕变损伤理论和Von Karman非线性板理论,建立了在横向和面内载荷共同作用下蠕变损伤四边简支矩形板的非线性弯曲平衡方程,采用有限差分法进行数值迭代求解,分析了几何非线性、面内荷载等因素对板非线性蠕变损伤特性的影响．     

考虑损伤的内变量黏弹-黏塑性本构方程

基于Rice 不可逆内变量热力学框架,在约束构型空间中讨论材料的蠕变损伤问题. 通过给定具体的余能密度函数和内变量演化方程推导出考虑损伤的内变量黏弹-黏塑性本构方程. 通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验对一维情况下的本构方程进行参数辨识和模型验证,本构方程能很好地描述黏弹性变形和各蠕变阶段.不同的蠕变阶段具有不同的能量耗散特点. 受应力扰动后,不考虑损伤的材料系统能自发趋于热力学平衡态或稳定态. 在考虑损伤的整个蠕变过程中,材料系统先趋于平衡态再背离平衡态发展. 能量耗散率可作为材料系统热力学状态偏离平衡态的测度;能量耗散率的时间导数可用于表征系统的演化趋势;两者的域内积分值可作为结构长期稳定性的评价指标.      

考虑损伤的内变量黏弹--黏塑性本构方程

基于Rice不可逆内变量热力学框架,在约束构型空间中讨论材料的蠕变损伤问题.通过给定具体的余能密度函数和内变量演化方程推导出考虑损伤的内变量黏弹--黏塑性本构方程.通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验对一维情况下的本构方程进行参数辨识和模型验证,本构方程能很好地描述黏弹性变形和各蠕变阶段.不同的蠕变阶段具有不同的能量耗散特点.受应力扰动后,不考虑损伤的材料系统能自发趋于热力学平衡态或稳定态.在考虑损伤的整个蠕变过程中,材料系统先趋于平衡态再背离平衡态发展.能量耗散率可作为材料系统热力学状态偏离平衡态的测度;能量耗散率的时间导数可用于表征系统的演化趋势;两者的域内积分值可作为结构长期稳定性的评价指标.     

孤立煤柱非线性蠕变失稳滞后时间的研究

为了明确描述煤矿冲击地压的发生具有时间滞后特性,基于冲击地压失稳理论,采用解析分析的方法研究孤立煤柱非线性蠕变失稳,得到了孤立煤柱冲击地压蠕变失稳条件;采用幂次关系、分数-线性关系两种非线性蠕变模型,推导出了孤立煤柱冲击地压非线性蠕变失稳滞后时间的理论公式;并结合工程实际,与两种蠕变模型条件下孤立煤柱冲击地压滞后时间理论值进行了对比。分析发现:3107工作面上顺槽保护煤柱处发生冲击地压的滞后时间实际为8.5d;采用分数-线性关系模型得到孤立煤柱冲击地压滞后时间为9.10d;采用幂次关系模型得到冲击地压滞后时间为10.45d。结果表明分数-线性关系模型与工程实际符合更好。     

丁基橡胶粘弹性材料的非线性蠕变本构描述

对丁基橡胶ZN-17粘弹性材料进行了不同温度、不同应力水平下的蠕变实验,揭示了该材料的非线性蠕变特性。基于蠕变实验结果,对标准线性固体模型描述该材料蠕变行为的预言能力进行了评估,提出了新的非线性蠕变本构模型。通过与实验结果比较,表明新模型能较好地描述该材料的非线性蠕变特性。     

土的本构方程与热力学

介绍一种基于热力学理论建立土力学本构方程的一般性理论框架. 这一方法利用两个势函数即自由能势函数和耗散势函数(或屈服函数)以及固定的过程和框架, 建立土的本构方程. 简要介绍了建立热力学本构方程中所用到的热力学内变量理论, 利用Legendre变换建立了热力学势函数之间以及各耗散函数与屈服函数之间的关系;利用自由能势函数和耗散势函数(或屈服函数)建立土的本构方程及其具体步骤. 最后讨论了土力学本构方程研究的意义以及它和应用之间的关系.      

四边简支矩形板的蠕变损伤非线性弯曲

 基于Kachanov蠕变损伤理论和Von Karman非线性板理论，建立了在横向和面内载荷 共同作用下蠕变损伤四边简支矩形板的非线性弯曲平衡方程，采用有限差分法进行 数值迭代求解，分析了几何非线性、面内荷载等因 素对板非线性蠕变损伤特性的影响.     

重庆鹅公岩轨道专用桥施工阶段稳定分析

重庆鹅公岩轨道专用桥采用了自锚式钢箱梁悬索桥形式,由于其特殊的构造,稳定问题比较突出,尤其是在施工阶段。本文基于精细有限元方法建立全桥模型,采用弧长法进行了悬索桥各个施工阶段的非线性静力稳定承载力分析,重点研究了自锚式悬索桥在最大单悬臂状态下的整体稳定问题。结果表明:最大单悬臂状态整体稳定问题的稳定系数值在重现周期为10年的纵向风荷载作用下最小为1.523,在重现周期为20年的纵向风荷载作用下最小为1.410,满足施工安全性的要求。