连续介质力学

  grxlj ·  2008-11-26 22:43  ·  16675 次点击
连续介质力学是研究质量连续分布的可变形物体的运动规律,主要讨论一切连续介质普遍遵从的力学规律。例data/attachment/portal/201111/06/093555rbprwppwputssppp.jpg如,质量守恒、动量和角动量定理、能量守恒等。弹性体力学和流体力学有时综合讨论称为连续介质力学。
目录
概述
基本假设
研究对象
古典连续介质力学
近代连续介质力学
主要分支学科
参考书目
参考资料
概述
研究连续介质宏观力学性状的分支学科。宏观力学性状是指在三维欧氏空间和均匀流逝时间下受牛顿力学支配的物质性状。连续介质力学对物质的结构不作任何假设。它与物质结构理论并不矛盾,而是相辅相成的。物质结构理论研究特殊结构的物质性状,而连续介质力学则研究具有不同结构的许多物质的共同性状。连续介质力学的主要目的在于建立各种物质的力学模型和把各种物质的本构关系用数学形式确定下来,并在给定的初始条件和边界条件下求出问题的解答。它通常包括下述基本内容:①变形几何学,研究连续介质变形的几何性质,确定变形所引起物体各部分空间位置和方向的变化以及
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连续介质力学
各邻近点相互距离的变化,这里包括诸如运动,构形、变形梯度、应变张量、变形的基本定理、极分解定理等重要概念。②运动学,主要研究连续介质力学中各种量的时间率,这里包括诸如速度梯度,变形速率和旋转速率,里夫林-埃里克森张量等重要概念。③基本方程,根据适用于所有物质的守恒定律建立的方程,例如,热力连续介质力学中包括连续性方程、运动方程、能量方程、熵不等式等。④本构关系。⑤特殊理论,例如弹性理论、粘性流体理论、塑性理论、粘弹性理论、热弹性固体理论、热粘性流体理论等。⑥问题的求解。根据发展过程和研究内容,客观上连续介质力学已分为古典连续介质力学和近代连续介质力学。
基本假设
连续介质力学的最基本假设是“连续介质假设”:即认为真实的流体和固体可以近似看作连续的,充满全空间的介质组成,物质的宏观性质依然受牛顿力学的支配。这一假设忽略物质的具体微观结构(对固体和液体微观结构研究属于凝聚态物理学的范畴),而用一组偏微分方程来表达宏观物理量(如质量,数度,压力等)。这些方程包括描述介质性质的方程(constitutiveequations)和基本的物理定律,如质量守恒定律,动量守恒定律等。
研究对象
固体:
固体不受外力时,具有确定的形状。固体包括不可变形的刚体和可变形固体。刚体在一般力学中的刚体力学研究;连续介质力学中的固体力学则研究可变形固体在应力,应变等外界因素作用下的变化规律,主要包括弹性和塑性问题。
弹性:
应力作用后,可恢复到原来的形状。
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连续介质力学
塑性:
应力作用后,不能恢复到原来的形状,发生永久形变。
流体:
流体包括液体和气体,无确定形状,可流动。流体最重要的性质是粘性(viscosity,流体对由剪切里引起的形变的抵抗力,无粘性的理想气体,不属于流体力学的研究范围)。从理论研究的角度,流体常被分为牛顿流体和非牛顿流体。
牛顿流体:
满足牛顿粘性定律的流体,比如水和空气。
非牛顿流体:
不满足牛顿粘性定律的流体,介乎于固体和牛顿流体之间的物质形
古典连续介质力学
侧重于研究两种典型的理想物质,即线性弹性物质和线性粘性物质。弹性物质是指应力只由应变来决定的物质。当变形微小时,应力可以表示为应变张量的线性函数,这种物质称为线性弹性固体。本构方程中的系数称为弹性常数。对各向异性弹性固体最多可有21个弹性常数,而各向同性弹性固体则只有2个。粘性物质是指应力与变形速率有关的物质。对流体来说,如果这个关系是线性的,就称为线性粘性流体或称牛顿流体。对线性粘性流体只有2个粘性系数。这两种典型物质能很好地表示出工程技术上所处理的大部分物质的特性,所以,古典连续介质理论至今仍被广泛应用并将继续发挥它解决实际问题的能力。
近代连续介质力学
是1945年以后逐渐发展起来的。它在下列几个方面对古典连续介质力学作了推广和扩充:①物体不必只看作是点data/attachment/portal/201111/06/093600i9ck3cj6wwjd9oc3.jpg的集合体;它可能是由具有微结构的物质点组成。②运动不必总是光滑的;激波以及其他间断性、扩散等,都是容许的。③物体不必只承受力的作用;它也可以承受体力偶、力偶应力以及电磁场所引起的效应等。④对本构关系进行更加概括的研究。⑤重点研究非线性问题。研究非线性连续介质问题的理论称为非线性连续介质力学。
近年来,近代连续介质力学在深度和广度方面都已取得很大的进展,并出现下列三个发展方向:①按照理性力学的观点和方法研究连续介质理论,从而发展成为理性连续介质力学。②把近代连续介质力学和电子计算机结合起来,从而发展成为计算连续介质力学。③把近代连续介质力学的研究对象扩大,从而发展成为连续统物理学。
主要分支学科
基本分支学科:
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连续介质力学
固体力学
弹性力学
塑性力学
断裂力学
流体力学
流体静力学
流体运动学
流体动力学
应用分支学科和交叉学科:
结构力学
材料力学
爆炸力学
空气动力学
等离子体动力学
磁流体动力学
参考书目
C.Truesdell,TheElementsofContinuumMechanics,蹦跳的人Verlag,纽约,1966年。
J.T.Oden,非线性Continua,McGraw小山,纽约的有限元素1972年。
A.C.Eringen,机械工ofContinua,罗伯特?E.KriegerPub.Co.,亨廷顿1980年
德冈辰雄著,赵镇、苗天德、程昌钧译:《理论连续介质力学入门》,科学出版社,北京,1982。(德岡辰雄著:有理連続体力学入門(連載講座)《機械の研究》,1976~1977。)
参考资料
http://wiki.keyin.cn/index.php/Category:%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A6

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