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疲劳机理研究的意义

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力学作为一门非科学非技术非物理非数学的尴尬学科,发展已经日进成熟,但是力学中存在两个基本问题还没有得到根本解决,一个是湍流,目前以陈十一、佘振苏的力学大家为核心的团队正在开展这方面的工作,另外一个力学根本问题就是疲劳,剑桥大学对材料塑性有很好的滑移错位理论加以解释,但是疲劳在很小的周期荷载作用下为什么会破坏,好像还没有完美的解释,没有解释出破坏的机理是什么?应该是力学的一大难题吧,并且这个问题又不能划入混沌问题来考虑,大家怎么看?这样的工作有意义吗?


目前疲劳的计算都是基于统计数据的,也就是说,哪怕在设计中结构的工作应力远低于疲劳极限,那也有失效的可能,只是概率比较低罢了。因为材料在宏观的表现是不稳定的。



在上图中,材料的载荷和耐久性都不稳定,如果把它们都看做某种概率分布的话(在计算中一般把材料特性看做韦伯分布,载荷看做是正态分布),那么两种分布的重叠区域就是当前载荷失效的概率。

但在实际中,恰恰很多时候我们关注的就是这种小概率事件,疲劳机理的研究如果能够改善材料的这种不确定的话,那么对疲劳的预测的准确性显然是极为有益的,如果材料的性能分布更为集中,那么设计者对其的把控当然更为有把握。


疲劳断裂是固体力学的基本问题,湍流计算是流体力学的基本问题。解决似乎有些遥远,哪怕在现有的理论上能有一些突破都是很困难的事情。而且这类工作吃力不讨好,跟种橡树一样,要长期的积累,都不一定能看到成材的那一天。就像希尔伯特回答为什么不尝试解决费马大定理一样,“我不会浪费时间在一个可能无法成功的数学问题上”。根据各种功利因素来考虑,专门解决这类问题对于我们这些普通人而言,还是太困难了些。


由此,研究疲劳失效机理是一件十分有意义的事,但是,能否有突破就因人而异了。

来源:WELSIM
疲劳断裂湍流理论材料
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首次发布时间:2023-06-24
最近编辑:1年前
WELSIM
一枚搞仿真的老员工
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