连续介质力学 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
连续介质力学 [1-5] (Continuum mechanics)是 物理学 (特别的,是 力学 )当中的一个分支,是处理包括 固体 流体 的在内的所谓“连续介质”宏观性质的力学。例如,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。
连续介质力学是 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。

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”:即认为真实流体或固体所占有的空间可以近似地看作连续地无空隙地充满着“质点”。质点所具有的宏观物理量(如质量、速度、压力、温度等)满足一切应该遵循的物理定律,例如质量守恒定律、牛顿运动定律、能量守恒定律、热力学定律以及扩散、粘性及热传导等输运性质。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)。所谓质点指的是微观上充分大、宏观上充分小的分子团(也叫微团)。一方面,分子团的尺度和分子运动的尺度相比应足够大,使得分子团中包含大量的分子,对分子团进行统计平均后能得到确定的值。另一方面又要求分子团的尺度和所研究问题的特征尺度相比要充分地小,使得一个分子团的平均物理量可看成是均匀不变的,因而可以把分子团近似地看成是几何上的一个点。对于进行统计平均的时间,还要求它是微观充分长、宏观充分短的。即进行统计平均的时间应选得足够长,使得在这段时间内,微观的性质,例如分子间的碰撞已进行了许多次,在这段时间内进行统计平均能够得到确定的数值。另一方面,进行统计平均的宏观时间也应选得比所研究问题的特征时间小得多,以致我们可以把进行平均的时间看成是一个瞬间。

连续介质力学 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。
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,流体对由剪切力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 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态。