近日，中南大學(xué)教授丁發(fā)興帶領(lǐng)團隊深耕混凝土、巖石以及硬質(zhì)合金等材料強度理論基礎(chǔ)研究23年，有望揭示材料強度領(lǐng)域200多年來的未解之謎。

23年以來，中南大學(xué)丁發(fā)興科研團隊從構(gòu)思到完善，最終構(gòu)建了三維空間應(yīng)力狀態(tài)下巖石和混凝土損傷比強度理論，以及平面應(yīng)力狀態(tài)下正交異性硬質(zhì)合金損傷比屈服理論。這一理論發(fā)現(xiàn)了材料力學(xué)基本性能的第三個參數(shù)——高壓條件下脆性材料向塑性轉(zhuǎn)變的基本參數(shù)，揭秘了工程材料非彈性體積膨脹、收縮或不變導(dǎo)致材料發(fā)生破壞的原理，突破了1776年自法國學(xué)者庫倫從事砂巖復(fù)雜受力強度實驗研究以來的實驗科學(xué)和唯象科學(xué)的視角，解決了200多年來材料破壞原理認識的這一世界性難題。

據(jù)了解，丁發(fā)興構(gòu)建的損傷比強度理論，有望繼已有材料破壞“四大古典強度理論”之后的“第五大強度理論”，是一項足以寫進教科書的創(chuàng)新理論。該理論是對1913年奧地利學(xué)者提出的第四古典強度理論——米塞斯屈服理論進行了無量綱化和升級，具有更廣泛的普適性。損傷比強度理論展現(xiàn)出來的混凝土與巖石三維數(shù)學(xué)曲面圖，像各種形狀的“愛心”，而鎂合金的屈服軌跡線像“雞蛋”。

巖石損傷比強度理論數(shù)學(xué)曲面

鎂合金屈服軌跡線

據(jù)介紹，該理論在物理學(xué)、地球科學(xué)和材料科學(xué)以及現(xiàn)代建筑、水利、交通、機械、航空等工程中具有重要應(yīng)用意義。借助這一理論，可為前蘇聯(lián)著名的科拉超深井（欲打穿地幔）科學(xué)鉆探被迫停止提供了一個合理解釋：地殼深處的巖石塑性流動變軟后，導(dǎo)致鉆頭被卡而停止工作。外此，該理論還可以用來解釋地球火山爆發(fā)和地震現(xiàn)象：重力下處于彈塑性和塑性狀態(tài)的巖石因耗能而升溫，導(dǎo)致地球內(nèi)部表現(xiàn)為高壓與高溫，地球猶如高壓鍋，而當(dāng)?shù)厍騼?nèi)部能量聚集到一定程度而發(fā)生的火山爆發(fā)和地震現(xiàn)象，可理解為地球內(nèi)部減壓，此時猶如高壓鍋釋放蒸汽減壓。同時，利用此理論，丁發(fā)興科研團隊還發(fā)明了內(nèi)拉筋鋼管混凝土柱抗震技術(shù)，可以有效應(yīng)對強地震作用，使建筑抗倒塌能力提升20%—40%。

丁發(fā)興是浙江瑞安人，從2000年9月入讀本校研究生開始，就一直潛心從事材料強度理論基礎(chǔ)研究。丁發(fā)興說：“我們搞理論基礎(chǔ)研究，要坐得住冷板凳，堅持信念，即使當(dāng)下不能有效解決，也要日后尋找機會”。

目前，丁發(fā)興科研團隊提出的損傷比強度理論，得到了不少有份量國內(nèi)外學(xué)者的認可和引用。歐洲科學(xué)院院士、《中國科學(xué)：物理力學(xué)天文學(xué)》（英文版）編委劉錦茂認為，損傷比強度理論從傳統(tǒng)理論中脫穎而出，用來解釋脆性材料和金屬塑性材料的破壞機理，與彈性模量和泊松比一樣，損傷比也是材料的固有屬性，有望夯實對脆性材料破壞機理的認識。日本土木工程協(xié)會會長、日本工程院院士上田多門稱，這是“有意義，對自己研究有幫助”的理論?！睹绹炷翆W(xué)會材料》雜志副主編以及評審專家認為，該理論“具有創(chuàng)新性和非常重要的意義”。

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