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该用应力还是应变?

李曙光

李曙光. 该用应力还是应变?. 力学进展, 待出版 doi: 10.6052/1000-0992-24-035
引用本文: 李曙光. 该用应力还是应变?. 力学进展, 待出版 doi: 10.6052/1000-0992-24-035
Li S G. Stress or Strain?. Advances in Mechanics, in press doi: 10.6052/1000-0992-24-035
Citation: Li S G. Stress or Strain?. Advances in Mechanics, in press doi: 10.6052/1000-0992-24-035

该用应力还是应变?

doi: 10.6052/1000-0992-24-035 cstr: 32046.14.1000-0992-24-035
详细信息
    作者简介:

    李曙光, 英国诺丁汉大学航空航天复合材料教授, 南京航空航天大学、浙江大学和西北工业大学客座教授, 曾为第一届世界复合材料失效理论评比提供背景支撑的复合材料损伤与失效的分析软件, 并参与论文的审稿, 后分别为其第二届、第三届 (World Wide Failure Exercise) 的顾问与组织者, 他是《国际机械科学期刊》 (International Journal of Mechanical Sciences) 编委, 《增强塑料与复合材料期刊》 (Journal of Reinforced Plastics and Composites) 副主编. 他的主要研究方向为复合材料力学和结构分析, 特别是复合材料的损伤与失效、微观力学与多尺度材料表征等方面, 他在国际知名期刊上发表了学术论文100余篇, 并为2017年出版的复合材料界的著名工具书《复合材料大全, 第二集》 (Comprehensive Composite Materials II) 的第一卷撰写了第18章. 2020年, Elsevier出版了他的专著《Representative Volume Elements and Unit Cells — Concepts, Theory, Applications and Implementation》,其修正增补后的中文版《现代复合材料多尺度数值表征方法—代表性体元与单胞的概念、理论与应用》, 于2024年由科学出版社出版, 该书深入研究了代表性体元与单胞的概念和理论, 特别是其在复合材料领域的应用, 为材料科学领域的相关研究提供了严格的方法论和实用的软件系统. 他近年研究的关注点之一是材料失效准则, 尤其是复合材料, 其研究的目标不是要建立任何新的准则, 而是探求现有众多准则的理性根基, 知其然, 也知其所以然, 臻善其中堪用的, 摒弃那些误导的, 正本清源. 本文堪为一例

    通讯作者:

    shuguang.li@nottingham.ac.uk

Stress or Strain?

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  • 摘要: 本文旨在解决建立材料失效准则时该用应力还是用应变作为基本变量之间的纷争, 该纷争源远流长, 两者之间似势不两立. 事实上, 两者之间不会自然而然地相互一致, 它们也不真正地互补. 大多数失效准则开始时都是用应力的形式给出的, 包括最大应力准则、Tresca(最大剪应力)准则、von Mises准则、Raghava-Caddell-Yeh准则和Mohr准则, 它们的形式唯一, 并自洽, 即能够再现输入数据. 而这些准则, 如果以应变形式给出, 譬如, 最大应变准则, 其可视作最大应力准则的应变翻版, 它们的形式就未必唯一、也未必自洽. 本文证明, 自洽的应变准则严格再现其应力准则, 而应用时, 比相应的应力准则, 需多输入一个材料参数, 其他别无优势. 就Mohr准则而言, 其应变形式一般情况并不可行. 所有的应变准则的弊端, 源于一个简单的事实, 即材料的失效应变, 是在单向应力状态(而不是单向应变状态)下测得的. 与单向应力状态相应的应变状态, 一般都是复合应变状态. 如果数学、逻辑与常理比观念与偏见更值得遵从的话, 那么, 本文关于所述纷争的论断就会完全倾向于应力一方.

     

  • 图  1  Mohr准则的失效包络线示意图

    图  2  单向压缩变形示意, 其中材料在$ - {\varepsilon _3} < \varepsilon _c^*$的情况下, 可能达到${\varepsilon _1} = \varepsilon _t^*$

    图  3  一个ν=0.25、${{\varepsilon _c^*} \mathord{\left/ {\vphantom {{\varepsilon _c^*} {\varepsilon _t^*}}} \right. } {\varepsilon _t^*}} = 5$的材料在单向拉伸和单向压缩的条件下失效时的Mohr圆

    图  4  建立在“强迫应变”的概念基础之上的Mohr准则

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-12
  • 录用日期:  2024-06-28
  • 网络出版日期:  2024-12-28

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