三维非均匀脆性材料破坏过程的数值模拟

采用有限元方法模拟了三维均匀固体材料在宏观等效力学性质和破坏过程。首先采用格形（lattice）方法把试件离散成三维均匀网格,在每个单元格中将材料按照均匀处理,根据给定的统计规则来确定不同单元格中的材料常数以反映材料的非均匀性。然后对非均匀脆性材料选用简单的本构关系与断裂准则,采用自适应选取载荷步长对试件进行加载,通过非平衡迭代技术对刚度矩阵进行不断修正,实现了非均匀脆性材料的弹性行为及破坏过程的数值模拟。在此基础上,通过数值计算研究了材料的非均匀分布对宏观等效力学性质和破坏过程的影响,给出了破坏全过程的非线性载荷－位移曲线以及不同载荷阶段的三维损伤破坏的演化图。     

典型材料与微结构的强韧化力学原理(1994～1996年工作总结)

典型材料与微结构的强韧化力学原理（１９９４—１９９６年工作总结）国家自然科学基金重大项目“材料损伤、断裂机理和宏微观力学理论”子课题国家自然科学基金会和国家科委攀登项目共同资助的重大项目“材料损伤、断裂机理与宏微观力学理论”的０５课题“典型材料与微结...     

典型材料与微结构的强韧化力学原理(1994～1996年工作总结)

典型材料与微结构的强韧化力学原理（１９９４—１９９６年工作总结）国家自然科学基金重大项目“材料损伤、断裂机理和宏微观力学理论”子课题国家自然科学基金会和国家科委攀登项目共同资助的重大项目“材料损伤、断裂机理与宏微观力学理论”的０５课题“典型材料与微结...      

统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变

材料的损伤和破坏是固体力学中一个十分复杂的基本问题，近年来在这方面的研究从不同的角度取得一系列新的进展。本文较系统地介绍了统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变理论，这是把力学与统计物理学及非线性科学结合起来研究材料损伤和破坏问题的一种探索。     

统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变

材料的损伤和破坏是固体力学中一个十分复杂的基本问题,近年来在这方面的研究从不同的角度取得一系列新的进展。本文较系统地介绍了统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变理论,这是把力学与统计物理学及非线性科学结合起来研究材料损伤和破坏问题的一种探索。      

统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变（Ⅱ）

材料的损伤和破坏是固体力学中一个十分复杂的基本问题，近年来在这方面的研究从不同的角度取得一系列新的进展。本文较系统地介绍了统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变理论，这是把力学与统计物理学及非线性科学结合起来研究材料损伤和破坏问题的一种探索。     

统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变（Ⅱ）

材料的损伤和破坏是固体力学中一个十分复杂的基本问题，近年来在这方面的研究从不同的角度取得一系列新的进展。本文较系统地介绍了统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变理论，这是把力学与统计物理学及非线性科学结合起来研究材料损伤和破坏问题的一种探索。     

固体力学与材料科学交缘的几个新课题

固体力学与材料科学的交缘是当今力学学科发展的一种新趋势．先进材料的研制与发展,引发了固体力学家对丰富多采的材料的微结构变形与损伤过程进行定量力学描述的浓厚兴趣．本文综述了下列三个固体力学与材料科学交缘的新课题:①微电子材料与组件力学;②材料强韧化力学,③多相介质的界面力学．并对这一交缘学科的发展趋势进行了简要的评介与展望．      

断裂损伤与细观力学

本文从力学发展的角度,对断裂力学、损伤力学与细观力学的主要内容及其发展,作了简要的介绍和评述.指出:固体力学与其它学科的交缘汇合,并深入到细观结构的层次进行研究,这一研究发展的势头已是很明显的了.细观力学、损伤力学与断裂力学构成了从细观尺度直至宏观尺度以描述材料与结构的破坏过程的破环理论的主要内容.它使得作为固体材料的力学的基本内容之一的破坏理论,面临一个新的发展阶段.     

水泥水化的微结构与性能演化研究进展

水泥是一类重要的工程结构材料,其力学性能依赖于水泥的水化过程．综述了水泥水化的微结构和性能演化的研究进展;评述了研究水泥水化过程的实验方法和理论方法;详细介绍和评述了水泥水化的微结构仿真模型、力学分析模型以及建立微结构．性能关系的基本方法．分析和展望了未来水泥水化的主要问题和研究方向．     

脆性材料破坏过程分析的数值试验方法

文中运用作者新近开发的材料破坏过程分析MFPA2D系统,以岩石、混凝土等非均匀脆性材料的破坏过程分析为例,说明了数值模拟方法给脆性材料破坏理论发展所带来的契机,并简述了MFPA2D在煤层移动、地下工程稳定性、地震孕育机制,以及复合材料破坏问题研究中的应用前景．     

Simulation of elastic–plastic deformation and fracture of materials at micro-, meso- and macrolevels

Physical Mesomechanics of materials is a new branch of mechanics that focuses attention on a mesovolume of loaded material. It is a macro particle in classical continuum mechanics and its behavior under load is equivalent to the bulk. The structural elements for a particular application requires specific models while the computational techniques have to be developed.These research groups have been studying heterogeneous materials behavior at the mesolevel under different types of loading. Hierarchical models are developed to study deformation and fracture of solids at the micro- meso- and macrolevels. Taken into account are the influence of micro- and mesostructure of loaded material in relation to its macro behavior.This work focuses on unifying the method of approach to be supported by tests and calculations. In particular, deformation and fracture mechanisms at the micro-, meso- and macrolevels are examined for metals and composites.     

三维计算断裂力学

断裂力学理论从1921年Griffith研究玻璃的脆性断裂问题开始,经历了从线弹性体系到弹塑性以及蠕变理论体系、从单参数到多参数体系和从理想的二维平面理论到实际三维含裂纹结构的三维断裂理论的发展历程。针对应力强度因子K和J积分以及C(t)积分的计算方法从理想化模型的理论计算发展到实际复杂工程结构裂纹体计算的各种商业软件平台以及专业的断裂理论分析平台。尤其是随着计算机技术的发展,对三维含裂结构的静态和扩展裂纹的计算模拟已经能够融入计算机辅助设计。结合本研究组近30年来在三维疲劳断裂理论和应用研究方面的体会,简述了三维计算断裂力学从裂纹体应力应变分析和断裂参数计算到三维蠕变断裂和疲劳裂纹扩展模拟的国内外进展,并对涉及的计算方法,包括原子尺度和跨尺度的计算模拟,以及目前面临的挑战性问题作了简要介绍和分析。     

The damage process zone characteristics at crack tip in concrete

1.IntroductionBynowfracturemechanicsisuniversallyacknowledgedasthetoolofanalysingtheinveshgationofconcretecracking.Andaftermanyyearsofdevelopmentonnumerousconstitutivemodelsforuniaxial,biaxialandtriaxialmodelsofconcreteundercompressivestresses,andtheirvariousrefinements,researchershavefinallyturnedtheirattentiontothecornerofthestressstraincurveandaregivingmoreattentiontotheeffectofcrackingonthenonlinearresponse.ofconcretestructures.Havingexperimentallyobservedthatthemacroscopicresponseofconcre…     

近场动力学在断裂力学领域的研究进展

近场动力学采用非局部积分计算节点内力, 利用统一数学框架描述空间连续与非连续, 避免了非连续区局部空间导数引起的应力奇异, 数值上具有无网格属性, 可自然模拟材料结构的断裂问题. 本文概述了近场动力学的弹性本构力模型, 系统介绍了近场动力学临界伸长率、临界能量密度以及材料强度相关的键失效准则. 详细介绍了近场动力学在断裂力学领域的研究进展, 包括断裂参数能量释放率与应力强度因子的求解、J积分、混合型裂纹、弹塑性断裂、黏聚力模型、动态断裂、材料界面断裂以及疲劳裂纹扩展等. 最后讨论了断裂问题近场动力学研究的发展方向.      

固体结构损伤破坏统一相场理论、算法和应用

固体开裂引起的损伤和断裂是工程材料和结构最为普遍的破坏形式.为了防止这种破坏,结构设计首先必须了解裂缝在固体内如何萌生、扩展、分叉、汇聚甚至破碎;更重要的是,还需要准确量化这些裂缝演化过程对于结构完整性和安全性降低的不利影响.针对上述固体结构损伤破坏问题,本工作系统地介绍了笔者提出的统一相场理论、算法及其应用.作为一种...     

Combined analysis of fracture under stresses acting along cracks

A joint approach to the study of two non-classical fracture mechanisms, namely fracture of cracked materials with initial (residual) stresses acting along the crack planes and fracture under compression along parallel cracks, is considered in the framework of three-dimensional linearized solid mechanics. Mathematical statements of problems for pre-stressed solids that contain interacting circular cracks are given. Problems for an infinite solid containing two parallel co-axial cracks and for a space with the periodical set of co-axial parallel cracks as well as for a half-space with near-the-surface crack are solved. Several patterns of loading on the crack faces (normal loading, radial shear and torsion) are considered. The effects of initial stresses on stress intensity factors are analyzed for highly elastic materials with some types of elastic potentials. Formulation of fracture criteria accounting effect of initial (residual) stresses is given. Critical parameters of fracture of solids containing interacting cracks under compression along the cracks are calculated. The influence of geometrical parameters of the problems as well as physical and mechanical properties of materials on these critical parameters is analyzed.     

PERSPECTIVES IN MECHANICS OF HETEROGENEOUS SOLIDS

The Microand Nano-mechanics Working Group of the Chinese Society of Theoretical and Applied Mechanics organized a forum to discuss the perspectives,trends,and directions in mechanics of heterogeneous materials in January 2010.The international journal,Acta Mechanica Solida Sinica,is devoted to all fields of solid mechanics and relevant disciplines in science,technology,and engineering,with a balanced coverage on analytical,experimental,numerical and applied investigations.On the occasion of the 30 th anniversary of Acta Mechanica Solida Sinica,its editor-in-chief,Professor Q.S.Zheng invited some of the forum participants to review the state-of-the-art of mechanics of heterogeneous solids,with a particular emphasis on the recent research development results of Chinese scientists.Their reviews are organized into five research areas as reported in different sections of this paper.§I firstly brings in focus on microand nano-mechanics,with regards to several selective topics,including multiscale coupled models and computational methods,nanocrystal superlattices,surface effects,micromechanical damage mechanics,and microstructural evolution of metals and shape memory alloys.§II shows discussions on multifield coupled mechanical phenomena,e.g.,multi-fields actuations of liquid crystal polymer networks,mechanical behavior of materials under radiations,and micromechanics of heterogeneous materials.In §III,we mainly address the multiscale mechanics of biological nanocomposites,biological adhesive surface mechanics,wetting and dewetting phenomena on microstructured solid surfaces.The phononic crystals and manipulation of elastic waves were elaborated in §IV.Finally,we conclude with a series of perspectives on solid mechanics.This review will set a primary goal of future science research and engineering application on solid mechanics with the effort of social and economic development.     

A unified theory of thermoviscoplasticity of crystalline solids

A unified theory of thermoviscoplasticity of crystalline solids is presented. In particular it is shown that a thermodynamics for ‘viscoplastic’ materials can be accommodated within the framework of modern mechanics of materials with memory. The basic physical concepts are derived from the consideration of dislocation behaviour of crystalline solids. Relationships of the present approach to several of the existing theories of plasticity are examined.     

近场动力学方法及其应用

近场动力学(peridynamics,PD)是一种新兴的基于非局部作用思想建立模型并通过求解空间积分方程描述物质力学行为的方法.它兼有分子动力学方法和无网格方法的优点,避免了基于连续性假设建模和求解空间微分方程的传统宏观方法在面临不连续问题时的奇异性,又突破了经典分子动力学方法在计算尺度上的局限,在宏/微观不连续力学问题分析中均表现出很高的求解精度和效率.首先概述了PD方法的理论基础、建模思路和计算体系;进而介绍了PD方法在不同尺度不连续力学问题中的应用,包括均匀与非均匀材料和结构的大变形、损伤、断裂、冲击、穿透和失稳问题,结晶相变动力学问题以及纳米材料和结构的破坏问题;最后讨论了PD方法在理论、计算和应用等方面值得进一步研究的问题.