重建极性连续统理论的基本定律和原理(Ⅳ)——表面守恒定律

从普遍均衡定律的平移和转动的不变性出发来重新建立较为完整的微极热力连续统的表面守恒定律,提出了广义的能量动量和能量动量矩张量.给出了Piola型、Cauchy型和Kirchhoff型微极热力连续统的表面守恒定律的具体形式.现有的结果都可以当做是特殊情形从该结果自然地推导出来,并可从归结过程中清楚地看出现有理论的不完整性程度.非局部微极热力连续统的表面守恒定律可通过局部化得到.     

广义连续统场论中新的增率型功率和能率原理

目的是建立广义连续统场论的增率型功率和能率原理.通过组合具有交叉项的增率型虚速度和虚角度原理以及虚应力和虚偶应力原理提出了微极连续统场论中具有交叉项的增率型功率和能率原理,并借助广义Piola定理同时而且无需其它附加要求地推导出微极和非局部微极连续统场论的所有增率型运动方程和边界条件以及能率方程.类似地可以推导出微态连续统的相应结果.文中给出的结果是新的,并可作为建立广义连续统力学相关的增率型有限元方法的理论基础.     

重建极性连续统理论的基本定律和原理(Ⅱ)——微态连续统理论和偶应力理论

重建微态连续统理论和偶应力理论的动量和动量矩均衡定律以及能量守恒定律,并由这些定律自然地推导出相应的局部和非局部均衡方程。这些结果可由耦合型微极连续统理论过渡和归结而得到。把推导出的结果和传统的质量和微惯性守恒定律以及熵不等式结合在一起就构成微态连续统理论和偶应力理论的基本均衡定律和方程体系。还弄清了以前的各种连续统理论的不完整性层次。最后,给出了几种特殊情形。     

重建极性连续统理论的基本定律和原理(Ⅰ)——微极连续统

在对现有微极连续统理论已进行过再研究的基础上重新建立较为完整的微极连续统理论的基本均衡定律和方程体系。在此重建的新体系中不但考虑了由于动量引起的附加动量矩、面力引起的附加面矩和体力引起的附加体矩,而且还考虑了微角速度引起的附加速度,从而可以建立起耦合型的动量、动量矩和能量的均衡定律。从这些新的基本均衡定律可以很自然地推导出相应的局部和非局部均衡方程。通过对比可以清楚地看到这些新结果较之现有的结果都完整。     

重建极性连续统理论的基本定律和原理（I）——微极连续统

在对现有微极连续统理论已进行过再研究的基础上重新建立较为完整的微极连续统理论的基本均衡定律和方程体系．在此重建的新体系中不但考虑了由于动量引起的附加动量矩、面力引起的附加面矩和体力引起的附加体矩，而且还考虑了微角速度引起的附加速度，从而可以建立起耦合型的动量、动量矩和能量的均衡定律．从这些新的基本均衡定律可以很自然地推导出相应的局部和非局部均衡方程．通过对比可以清楚地看到这些新结果较之现有的结果都完整．     

非局部非对称弹性固体理论

本文基于非局部连续统场论和非线性连续体力学理论,建立了非局部非对称弹性固体的非线性理论.它完善和发展了Eringen等人所建立的非局部弹性场论.将文献[1]中所建立的非局部非对称弹性力学的线性理论推广到有限变形.证明了在非局部弹性固体中存在着非局部体力矩.非局部体力矩引起应力的非对称性,而非局部体力矩则由原子晶格相互作用形成的共价键所产生的.并应用本文建立的理论合理地解释了平面横波和纵波色散系关的不相似性.     

三组非局部极性热力连续统的均衡方程和跳变条件

采用Dluzewski关于以Euler角为角坐标和放弃微惯性守恒定律的提法,并引进若干新的定义后,自然地而又系统地推导出三组新的非局部极性热力连续统的均衡方程和跳变条件以及广义Clausius-Duhem不等式.这些结果较之迄今为止仅有的由Eringen提出的三组非局部微极热力连续统的相应结果更为一般,而且身于处理有限变形问题.     

微极原弹性物质体理论和非局部微极弹性介质的本构方程

本文提出了微极原弹性物质体的定义并利用虚功率原理导出了该类物质体的变分原理.利用上述同样思想和这里给出的微极原势的定义很自然地导出了非局部微极弹性介质的本构方程.     

重建极性连续统理论的基本定律和原理(Ⅸ)——热力学

对现有的微极连续统场论的基本定律进行了再研究,并指出了它们的不完整性．建立起新的微极连续统热静力学和热动力学的第一和第二基本定律．从这些定律可以很自然地和同时推导出热静力学的所有平衡方程和熵不等式以及热动力学的所有均衡方程和熵率不等式．随时对这里得到的新结果与现有微极连续力学专著和教科书中的相应结果进行了比较．着重指出的是,为什么从现有的微极连续统热动力学基本定律不能推导出局部能量均衡方程和局部熵不等式问题已经得到阐明．     

非均匀温度影响下格栅夹芯结构微极梁等效方法

通过胞元能量等效的方法,将格栅夹芯结构等效为连续的微极弹性材料,得到了等效微极弹性材料的本构关系.利用几何关系与平衡条件建立了微极梁受热变形的控制方程组,给出了微极梁位移随温度载荷变化的表达式.通过对比等效微极梁模型、夹层梁模型和ANSYS有限元软件计算的非均匀温度影响下悬臂格栅夹层梁受热弯曲变形的数值结果,验证了微极弹性等效的有效性.结果表明,将不连续的格栅夹芯结构等效为连续介质构成的模型时,由于约束的增加、自由度的减少,需要更多的应力、应变参量来描述其非局部的特性.     

微极连续统的耦合场理论的再研究(Ⅱ)──微极热压电弹性理论和电磁热弹性理论

W.Nowacki曾建立起系统的微极热压电弹性理论和电磁热弹性理论。戴天民对W.Nowacki建立的微极热压电弹性理论和电磁热弹性理论进行了再研究,对这些理论局限于线性情形的原因和它们的不完整处进行了分析。针对这些理论中所存在的问题,建立起微极热压电弹性理论和电磁热弹性理论的更普遍的能量守恒原理和局部能量方程以及Hamilton原理。从戴天民所建立的更普遍能量守恒原理和Hamilton原理很自然地推导出局部和非局部微极热压电和电磁热弹性理论的完整的运动方程和边界条件以及能率均衡方程。通过引入两个新泛函和全变分还可另外得到位移、微转动、电势和温度边界条件。     

微极弹性动力学中非保守力场问题的变分方法

本文利用卷和卷的交换性质给出并证明了微极弹性动力学中非保守力场问题的几种拟变分原理。本文结果还可以推广到非局部弹性介质和非局部微极弹性介质力学中去。     

Finite element methods for micropolar models of granular materials

We present a thermodynamically based finite element scheme for rate-independent materials and demonstrate its application in modelling the rheological behaviour of granular materials. Starting from the laws of thermodynamics, we have recently developed a new class of micropolar-type constitutive relations for two-dimensional densely packed granular media. This class of constitutive laws is expressed in terms of particle-scale properties, thus providing a direct link between observed macroscopic behaviour and the underlying particle–particle interactions. Here, we demonstrate how the connection to the underlying physics can be maintained and carried through to the finite element implementation phase of the modelling process via the same thermodynamical principles used to construct the constitutive laws. Notably, the study indicates that while the traditional Galerkin-FEM method admits a range of weighting functions, the proposed formulation provides an additional constraint that narrows the choice of admissible weighting functions via the second law of thermodynamics. Additionally, this paper presents insights into the finite element implementation of micropolar models deemed to be appropriate for modelling several classes of heterogeneous media (e.g. granular materials, cellular composites and biological materials). As the kinematics and kinetics of micropolar continua are enriched by the addition of rotational degrees of freedom to each material point, the equations governing boundary value problems for such materials differ from those of other continuum models both from the viewpoint of the constitutive law and the governing conservation laws. Analysis of elastoplastic deformation of micropolar continua is presented.     

Three systems of balance equations and jump conditions for nonlocal polar thermomechanical continua

Three systems of balance equations and jump conditions as well as generalized Clausius-Duhem inequalities for nonlocal polar thermomechanical continua are naturally and systematically derived under the consideration of Euler angles as angular coordinates and the negligence of conservation law of microinertia as well as the introduction of some new definitions. These results are more general than those balance equations and jump conditions as well as generalized Clausius-Duhem inequalities proposed by Eringen for nonlocal micropolar thermomechanical continua and more suitable to treat the problems of finite deformations. Project supported by the National Natural Science Foundation of China and the Research Foundation of Liaoning Province.     

Transition from hyperelastic micromorphic to micropolar and microstrain continua

Micromorphic continua are equipped with additional degrees of freedom in comparison to the classical continuum, representing micro deformations of the material points of a body. They are also provided with a higher order gradient. Therefore, they are able to account for material size-effects and to regularize the boundary value problem, when localization phenomena arise. Arbitrary micro deformations are allowed for in the micromorphic continuum, while the special cases micropolar continuum and microstrain continuum merely allow for micro rotation and micro strain, respectively. This paper is concerned with the transition from a micromorphic to a micropolar and a microstrain continuum. Three simple constitutive models are shown, which represent the three different continua. Additionally, the role of the micropolar and microstrain part in a micromorphic continuum is illustrated by a numerical example. (© 2015 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

非局部微极线性弹性介质理论中的各种互易定理和变分原理

在本文的第一部份中.我们扩展了经典的卷积和I.Hlavácěk给出的“卷积数积”的概念,提出了“卷积向量”和“卷积向量点积”的概念.从而可使我们把具有算子系数的方程的初值问题和初值——边值问题推广到具有算子系数的方程组的相应问题中去.在本文的第二部份中,以卷积向量和卷积向量点积的概念为基础导出了非均匀的各向异性固体的非局部微极线性弹性动力学的两种基本型式的互易定理.在本文的第三部份中,利用一和二中卷积向量和卷积向量点积的概念和结论及由钱伟长提出的Lagrange乘子法给出了非局部微极线性弹性动力学的四种主要型式的广义变分原理.它们是与经典弹性理论中的胡海昌-鹫津久一郎型的、Hellinger-Reissner型的和Gurtin型的以及局部微极弹性理论和非局部弹性理论中的Hlavácěk型的和Iesan型的广义变分原理相应的各种变分原理.最后还指出了这里提出的后两种主要型式的广义变分原理是等价的.