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岩土材料的屈服条件与破坏条件: kejidaobao 2012-1-31 14:43; 郑颖人 1 屈服与破坏的区别固体材料受力以后，从弹性到塑性直至发生破坏，在这个过程中材料从弹性进入塑性称为屈服，屈服是一个过程，初始屈服材料还处于弹性状态，是弹性极限点；经过塑性发展达到破坏，破坏是塑性极限点。破坏也是一个渐进过程，首先在材料内一些点达到破坏，然后破坏点逐渐增多直至贯通，发展成破坏面形成整体破坏。塑性力学中规定材料进入无限塑性状态，应力不变，应变无限增大时称为破坏，因此理想塑性用应力表述的屈服条件就是破坏条件，它们都与历史参量无关。但是初始屈服与破坏时的应变状态是不同的，前者表示材料从弹性刚进入屈服，后者表示材料从塑性进入破坏，表明屈服条件不等同破坏条件。 2 岩土材料的屈服条件材料的屈服条件已经十分成熟，对金属材料有Tresca条件与Mises条件，岩土是摩擦类材料，有Mohr-Coulomb条件。由于Mohr-Coulomb条件没有考虑中间主应力影响，从而出现了由真三轴试验获得的三剪应力屈服条件，如Matsuoka的SMP条件、Lade条件等。近年高红、郑颖人考虑了摩擦能，并依据岩土能量理论和三个剪应力的矢量和，两种方法推导结果相同，导出了岩土三剪能量条件，得到的屈服面与真三轴试验的屈服面一致。在子午平面上为直线，偏平面上为曲边三角形。平面状态下它比Mohr-Coulomb条件大1.157倍。这是岩土与金属材料的统一屈服条件，当不考虑内摩擦角时即为Mises条件，又不考虑中主应力即为Tresca条件；当不考虑中主应力时，即为Mohr-Coulomb条件，又假设Lode角为常数时，即为Drucker-Prager条件。 3 岩土的点破坏条件近年来人们重视材料破坏条件的研究，但公认的成果很少。作者认为材料破坏可分为点破坏与整体破坏，点破坏是材料中局部破坏，材料中出现裂隙；整体破坏是材料发生解体分离。然而至今还没有成熟的岩土点破坏条件，作者曾提出岩土中某点的最大主剪应变达到了极限剪应变容许值作为岩土点破坏条件。按照英国著名土力学家Roscoe的观点，临界状态就是破坏状态，而且与路径无关，因而可把临界状态的起始点的应变值作为极限剪应变容许值，可由试验求得。同时导出了Mohr-Coulomb下最大主剪应变公式。但目前只做了理论推导工作，还需进一步研究和验证。 4 岩土的整体破坏条件材料的整体破坏是岩土工程设计的主要依据，岩土的点破坏条件不能用应力来表述，但如果考虑岩土的整体破坏，那么还是可以采用应力表述整体破坏条件，因为极限分析力学方法实质上就是整体破坏条件。传统的极限分析方法，需要事先知道破坏面，即诸多屈服面中点破坏最先贯通整体的滑动面，然后应用极限分析就可获得极限荷载或稳定安全系数。这种方法只需平衡方程与屈服方程，而与本构方程无关，尽管力学上不够严格，但它有百年的工程应用实践，室内试验的验证，尤其是近年有限元强度折减法的出现，它与传统方法可以获得同样的计算结果，进一步表明极限分析方法的可行性，为此提出将传统极限分析理论提升为整体破坏条件。岩土的整体破坏条件可描述为，在达到极限状态的情况下滑面（破坏面）上的力满足下述条件：当F（外荷产生的滑面上的滑动力）等于Q（强度产生的和外荷产生的滑面上的抗滑力）或W（外力在岩土体内所做的功率）等于D（沿间断面的内部能量耗散率）时岩土整体破坏。极限分析法虽然简单，但要先确定破坏面，求解不易，适用范围十分有限。20世纪中期，随着数值方法兴起，Zienkiewicz提出了有限元强度折减法与超载法等，解决了求解岩土极限荷载或稳定安全系数等问题，作者将其统称为数值（可以是有限元法、有限差分法、离散元法等）极限分析法，其本质是用数值解方法进行极限分析。这种方法通过不断降低岩土强度，或者增大荷载，达到破坏时自动形成滑面，由此获得极限荷载或稳定安全系数。因而不必事先知道滑面，也不需要求滑面上的滑动力与抗滑力，可通过计算机直接获得计算结果，还可确定破坏面的位置与形状，只是目前通用软件上还没有这一功能。数值极限分析方法极大地扩大了极限分析法的功能与适用范围。它给予了岩土极限分析第2个春天。然而数值极限分析法需要找出计算中岩土体发生破坏的有效判据，目前的判据虽然源于力学分析，但没有严格证明，许多复杂情况也不能有效应用，因而有待深入研究和发展。可以预见，它将为岩土工程的发展作出巨大贡献，也可为其他材料工程作为借鉴。; 个人分类: 栏目：卷首语|5502 次阅读|0 个评论

冬日里的切切私语——不知切向何方的切线、切向与切面: hillside 2012-1-31 10:27; 中学的切线是基础概念，但入得大学，接触到切变线、切应力等后，新切向与数学切线成垂直之势，方晓“切线”、“切向”之多向，顿生“切线”不“切”之感。在气象学、与地质学、流体力学中，切向有时竟然与法向结成了统一战线。切向迷失了！气象学中，切变线(shear line)是指风向或风速的不连续线，实际上也是两种相互对立气流间的交界线。流体力学中，切应力又叫做粘性力，是流体运动时，由于流体的粘性，一部分流体微团作用于另一部分流体微团切向上的力。物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置，在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面相切的称为剪应力或切应力。在液体层流中相对移动的各层之间产生的内摩擦力的方向一般是沿液层面(指液体流动时，流向视为一个倒圆柱时，该圆柱的横截面)的切线，流动时液体的变形是这种力所引起的，因此叫做切变力（又叫剪切力),单位面积上的切变力叫做切应变力，又称切应力。　　简言之，中学之“切线”实为“贴线”，在现代汉语中，单字“切”的“切菜”式的横断性、截断性意味已经明显强于贴切、亲切等含义。横扫一切的年代，“切”的“体贴”使人无法体会到亲切。数学中的“法向”在有些亲切的切线之外，增加了法则的尊严。大学时代，听闻切变力又叫剪切力后，感到剪切力或剪应力能够很好地反映横断性特征。按绅士风度来说，既然中学的“切线”已经先入为主，后来者避免重复与混淆则是应尽职责，似乎不该继续与切线叫板，以迥然不同的切向切来切去的。风乍起，吹皱一池春水。风吹水面之力当属切应力，它的方向似乎与水平面平行。再来瞧“ 抽刀断水水更流” ，切应力又是主打。平切是切形变，下切还是切形变，难道乍想乍切都是切应力？又如珠宝世界，切面的多寡与价格息息相关，切面越细，价格越昂。牛顿除了著名的万有引力外，还做过一些流体的实验。牛顿流体是指在受力后极易变形，且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。凡不同于牛顿流体的都称为非牛顿流体。牛顿内摩擦定律的表达式为：τ=μγ 　　式中：τ--所加的切应力； γ--剪切速率（流速梯度）； μ--度量液体粘滞性大小的物理量，简称为黏度，物理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。例如，牛顿流体（Newtonian fluid）是指切应力与剪切变形速率成线性关系的流体。推究起来，导致“切意（窃意）”朦胧的根源是切的不同面孔。贴近是切！切断还是切！！结合“风乍起”与“刀断水”，我的理解是，所谓切应力的方向，是指与流线形成夹角，通俗地说就是切断流线。气象中的切变线实际上就是一条原本连续的线被拦腰切断，发生错位。实则上，数学中的“割线”更接近当今白话文字中切的含义。割线带有周星驰式“我切、切、切”（不见得出自电影台词，只不过脑海中有这样的意象）、漫天狂切的潇洒。上网一搜之下，周星星还真演过《食神》，我不记得是否看过。因为我的观影基本上是在长途汽车上。走车观影，看不太真切的。本文的讨论实由汉字“切”的歧义而起。综上所述，处理数学与力学中之切向矛盾的方法似乎可三选一： 1、数学中的“切线”易名或理解为“贴线”； 2、力学中的“切应力”统一定名为“剪应力”； 3、强调数学、力学中的切向是两回事，不可混为一谈。仔细推敲起来，切向可分为线方向与面方向（如：水平，指跟水平面平行的：水平方向。见《现代汉语词典》）。我从不了解别人对切线、切向有无异议。我只是从自身的学习与思考中得出这个看法。; 个人分类: 数学与统计园地|3997 次阅读|0 个评论

[转载]切应力:: chnfirst 2012-1-10 20:30; http://www.hudong.com/wiki/%E5%88%87%E5%BA%94%E5%8A%9B 切应力: 英文名称：Shear stress 物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面相切的称为剪应力或切应力。; 个人分类: 材料、专业|0 个评论

[转载]凄美的“正应力VS剪应力”爱情故事: Shifq 2011-5-26 09:02; 在大部分时候，正应力和剪应力是在一起。主应力在前，剪应力默默跟着。在摩尔圆上行走。剪应力很早就知道，有一个地方，剪应力会变为零，你千万不要去；但是正应力从小的理想，就是为了到一个地方，成为主应力。但是，有件事剪应力一直不知道怎么开口，因为正应力成主应力的地方，就是剪应力变零的地方。他们，有一次，慢慢地朝着一个斜面靠近，剪应力慢慢感觉眩晕，准备拉住正应力，我到这儿好晕，走不动了。而剪应力突兀地却发现正应力慢慢变大，越来越高。正应力惊喜地越跑越快，兴奋大喊道，我就要成主应力了！剪应力虚弱地跟着，她没喊出来。到了应力主面，当然，这个地名是后来得知，主应力赫然成了正应力，回头看身边的剪应力，却发现不见了。只发现一张纸条：我在你成为主应力后，必须要消失。落款是剪应力。主应力黯然失色，一个人成了主应力，周围也看不到互相垂直的其他两个主应力，他很孤独。他开始觉得很想念剪应力。他突然觉得，以前剪应力天天粘在身边，有时还会有点烦，现在剪应力突然不在了，自己一个应力却很不习惯。他决定离开应力主面，他想，我一直梦想的应力主面也不过如此。他要去寻找剪应力，他不知道剪应力其实不在了。他刚离开应力主面，就发现身旁出现了一个剪应力，他握住剪应力大喊，是你吗，剪应力！剪应力面前突然出现一个高大的应力，觉得面前正应力似曾相识，很羞涩，对不起，我不认识你吧。主应力紧接着追问，那个剪应力呢？剪应力腼腆的说，我不认识其他的剪应力，也不认识你。我刚来成一个应力，我只知道不要去主应力面，那里我会变为零。主应力有点失望，他知道这是个新的剪应力。主应力发现这个剪应力和之前的剪应力一样，默默跟在自己身后，他突然想起，这个场景这么熟悉。上一个剪应力不也是这样认识的吗？主应力弄不明白，想不清楚这个问题。他只是觉得有必要转过头，慢慢对剪应力说，你知道吗，我以前，也遇到过一个像你一样可爱的剪应力 …… 转自QQ群消息！; 4122 次阅读|0 个评论

咳嗽或打呼噜时，呼吸道内发生了什么?: 热度 2 stress 2010-12-29 11:02; 在人体上呼吸道特别是气管内壁覆盖着一层表皮细胞 (epithelial cells) （如图 1 ） , 在表皮细胞的表面则有一层 7 微米厚的纤毛，纤毛被一层液体覆盖 , 这层液体俗称“粘液毯” ( 如图 2) 。静息状态下，纤毛以一定的频率摆动，带动“粘液毯”运动，因此纤毛和“粘液毯”构成了呼吸道内壁的一个传输带系统。在这个传输系统中，纤毛提供动力，而“粘液毯”则类似一个粘弹性的传输带。当表皮细胞感受到有外界异物（如灰尘或病毒）浸入呼吸道时，人的呼吸系统会做出迅速反应 —— 咳嗽。由于空气和粘液具有粘性，咳嗽产生的高速气流会对呼吸道表皮细胞产生一个机械摩擦力，称为剪应力（ shear stress ）。剪应力会诱发表皮细胞分泌 ATP, ATP 直接门控表皮细胞表面或进一步间接作用于细胞内钙库的钙通道，引起细胞内钙浓度升高，钙进一步作用纤毛的肌动蛋白单元，最终引起纤毛摆动频率升高、“粘液毯”输运速度加快，将粘液毯表面的异物高速“送”出上呼吸道。异物和粘液的混合物，就是“痰”。人罹患感冒、哮喘后，上述纤毛 - “粘液毯”输运系统往往会发生功能性异常，使得外界浸入的异物无法及时排出上呼吸道。和咳嗽同样的道理，人在打呼噜时呼吸道内纤毛 - “粘液毯”输运系统也会发生类似的运动。另外，鼾症患者睡眠时用嘴呼吸会导致粘液蒸发，使得患者有口舌干燥的感觉。江苏镇江的刘永义曾和笔者合作将贵州小型猪饲养于低压氧舱中，造成鼾症动物模型，通过电镜观察鼾症猪呼吸道内表皮的超微结构并与正常对照猪比较（如图 3 ），发现正常对照猪呼吸道内表皮细胞纤毛正常（左），而鼾症猪呼吸道内表皮细胞纤毛则异常稀疏或消失（右） , 初步表明鼾症猪呼吸道内表皮的纤毛 - “粘液毯”输运系统发生病理性异常。; 个人分类: 科普|14078 次阅读|5 个评论

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