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连续介质力学(固体)  111M1005H

学期:2016-2017学年秋 | 课程属性:一级学科核心课 | 任课教师:赵亚溥
课程编号: 111M1005H 课时: 60 学分: 4.0
课程属性: 一级学科核心课 主讲教师:赵亚溥
英文名称: Continuum Mechanics (Solid)

教学目的、要求

教学目的:钱学森先生指出:“我们需要这样一个把关的工作,这就是理性力学的任务。它是有十分重要的实际意义的。理性力学就是连续介质力学的基础理论。我认为,从事理性力学这样一类能概括地提高我们认识的科学研究,不但重要,也是一种精神享受。 我们的享受来源于感到自己站的更高了,能洞察事物的本质了,不单是知其所以然,而且是透彻地知其所以然了。这样的科学工作是很有用处的,它使我们提高认识,不是在那些枝枝节节的问题上钻进去拔不出来。”因此,本课程的三个目的:了解什么是力学的“把关的工作”、“精神享受”并“提高认识”。
要求:听课,高质量地做大作业。

预修课程

理论力学、材料力学、弹性力学

教 材

赵亚溥. 现代连续介质力学. 撰写中

主要内容

讲授内容:
(细化到学时,明确学时分配与进度计划;标注* 为“教学重点与难点”)

1、连续介质力学学科的创立、爱因斯坦对连续介质力学的评价、理性力学与连续介质力学、钱学森对理性力学和连续介质力学的评价
2、连续介质力学的主要内容和范式、连续介质力学的两种主要描述方法:Euler 描述和 Lagrange 描述
3、连续介质力学的三个公理、生物力学对连续介质力学公理体系的再造

4、张量分析初步
5、变形梯度张量*
6、应变和应力度量、功的共轭*

7、变形率
8、守恒律、Clausius-Duhem不等式*
9、客观性、客观导数,Oldroyd 导数,Jaumann 导数*

10、大变形弹性本构关系*
11、Voigt 对称性及弹性张量满足的条件
12、化学势与复相平衡、Onsager倒易关系、熵与负熵、自由能 F=U-TS 和熵弹性*

13、三类弹性体的本构概述*
14、不可压缩超弹性本构*
15、Biot本构关系

16、有关流变学的概述
17、流变的几种不同类型、流变学的本构关系*
18、微纳尺度流变学与受限液体

19、热传导与热应力、变形
20、晶体中的各向异性热传导
21、微细尺度传热、扩散-弹道热传导模型*

22、Lord Rayleigh 耗散函数、固体黏滞性*
23、滞弹性的 Zener 模型
24、固体中声波的吸收、声波吸收的微观机制:声波-热声子相互作用,Akhiezer 和 Landau-Rumer阻尼*

25、数量级估计和封底计算
26、数量级估计的若干实例:杆弹性大变形的数量级估计、板弹性大变形的数量级估计
27、专题讨论或邀请该领域著名学者报告

28、一维弹性杆中的应力波、各向同性介质中的弹性波、两类主要的波动:双曲波和色散波、弹性波的Helmholtz分解
29、晶体中的弹性波 、色散关系、群波速度
30、Lord Rayleigh 表面波*

31、裂纹传播的极限速度:I、II型为Rayleigh波速;III型为剪切 (横波) 波速*
32、裂纹极限速度的若干实验和分子动力学模拟结果
33、裂纹动态分岔的“局域对称性原理 (PLS)” 和 “修正的局域对称性原理 (MPLS)”

34、位错类型和性质、位错的应力、能量、奇异性
35、作用在位错上的力
36、位错力学、动力学及应用、位错饥饿

37、Hertz接触力学*
38、黏附接触力学模型I:Bradley和 DMT 模型*
39、黏附接触力学模型II:JKR、M-D、MYD模型*

40、Obreimoff的薄膜剥离实验与理论模型*
41、Rivlin 薄膜界面垂直剥离力学模型、Kevin 薄膜界面任意角度剥离力学模型*、薄膜从基底的自发剥离力学模型
42、薄膜动态剥离方程与剥离中的惯性效应 

43、连续介质力学的新发展:Cauchy-Born 准则*
44、连续介质力学的新发展:位力定理、位力应力、位力表面张力*
45、连续介质力学的新发展:纳米力学中如何定义应力?*

46、连续介质力学的新发展:扩散 (弥散) 张量成像、扩散张量纤维束成像
47、连续介质力学的新发展:软物质力学*
48、连续介质力学的新发展:水力压裂的力学模型*

49、听课同学大作业报告讨论会I
50、听课同学大作业报告讨论会II
51、课程总复习 + 听课同学对本课程的改进建议

教学手段与方法:
授课 (约93) + 重要问题的课堂讨论和该领域著名专家报告 (约7)
考核方式:
笔试 (85) + 大作业 (15)

参考文献

参考文献(前3篇为期刊文章,[4~22]为专著或教材,按出版日期排列):
[1] 钱学森. 现代力学—在1978年全国力学规划会上的发言. 力学与实践, 1979 , 1: 4-9.
[2] 郑哲敏. 非线性连续介质力学. 中国科学院院刊, 1993, 8: 283-289.
[3] 白以龙. 迅速发展的非线性连续介质力学研究. 力学进展, 1996, 26: 433-436.
[4] 钱伟长, 叶开沅. 弹性力学. 北京: 科学出版社, 1956. 
[5] 王  仁, 丁中一, 殷有泉. 固体力学基础. 北京: 地质出版社, 1979.
[6] 郭仲衡. 非线性弹性理论. 北京: 科学出版社, 1980. 
[7] Gurtin M E. An Introduction to Continuum Mechanics. New York: Academic Press, 1981. 
[8] 德冈辰雄, 理性连续介质力学入门. 北京: 科学出版社, 1982.
[9] 郭仲衡. 张量. 北京: 科学出版社, 1988. 
[10] 黄克智. 非线性连续介质力学. 北京: 清华大学出版社/北京大学出版社, 1989. 
[11] 高玉臣. 固体力学基础. 北京:中国铁道出版社, 1999. 
[12] 王自强. 理性力学基础. 北京: 科学出版社, 2000. 
[13] 匡震邦. 非线性连续介质力学. 上海: 上海交通大学出版社, 2002. 
[14] 谢多夫. 连续介质力学 (第六版). 北京: 高等教育出版社, 2009. 
[15] Gurtin M E, Fried E, Anand L. The Mechanics and Thermodynamics of Continua. Cambridge: Cambridge University Press, 2010. 
[16] Landau L D, Lifshitz E M. 弹性理论 (第五版). 北京: 高等教育出版社, 2011. 
[17] 赵亚溥. 表面与界面物理力学. 北京: 科学出版社, 2012.
[18] 黄筑平. 连续介质力学基础 (第二版). 北京: 高等教育出版社, 2012. 
[19] Tadmor E B, Miller R E, Elliott R S. Continuum Mechanics and Thermodynamics. Cambridge: Cambridge University Press, 2012. 
[20] Timoshenko S P, Goodier J N. 弹性理论 (第三版). 北京: 高等教育出版社, 2013. 
[21] 黄克智, 黄永刚. 高等固体力学. 北京: 清华大学出版社, 2013. 
[22] 赵亚溥. 纳米与介观力学. 北京: 科学出版社, 2014. 

授课时间: 星期二, 第9、10、11节
授课地点: 教1-115
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21

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