国家自然科学奖初评通过项目-双剪统一强度理论及其应用
| 项目名称： | 双剪统一强度理论及其应用 |
| 推荐单位： | 陕西省 |
| 项目简介： | 属土木水利、工程力学等交叉领域。 强度理论研究材料的屈服和破坏规律，并为工程结构提供必须的设计准则和安全判据。因此，强度理论研究具有重要的理论意义和应用价值，但一百多年来进展缓慢，单剪强度理论长期占据统治地位，强度理论的突破被视为重大难题。本项目历时50余年，原创性系统性地提出了双剪统一强度理论，并形成了完整的理论体系。主要发现点有： 1.在国际上首次提出可解释材料拉压不等（SD效应）的双剪强度理论，突破了长期占据统治地位的Mohr-Coulomb单剪强度理论和各种经验公式的框架，解决了材料屈服（破坏）最大极限面的物理假说难题，填补了强度理论研究空白。 2.在国际上首次发现了单剪、双剪以及介于二者之间的一系列强度理论之间的内在联系，并创造性地通过一个物理意义明确、反映材料纯剪切特性的参数将它们统一起来，由此，提出了适用于各向同性材料的统一强度理论。它不仅包含了已有的线性强度理论，且产生一系列有序的新准则，将强度理论研究从相互孤立、形式众多的假说发展为物理意义明确、数学表达式简单、参数易定、全新的强度理论体系。被国外学者称为“Yu Mao-hong Model”、“Yu Mao-hong Unified Strength Theory”。 3. 利用上述强度理论，建立了统一弹塑性本构关系，求得平面应变问题统一滑移线场，平面应力、空间轴对称问题统一特征线场，结构极限分析统一解，结构安定性、结构动力塑性问题的统一解以及结构宏/细观弹塑性分析等系列成果，大幅度扩充了传统塑性力学的范畴。 成果得到国内外著名学者高度评价，著名应用数学和力学家、罗马尼亚科学院院士Petre P. Teodorescu教授在著名的《Zentralblatt MATH》杂志上发表专题评论：“作者先后建立了双剪强度理论和统一强度理论，代表了强度理论及其应用领域的一个重要贡献”；德国学者V.A.kolupaev和H.Altenbach教授等以“俞茂宏统一强度理论的思考”为题发表长篇评述论文，认为：“统一强度理论的发展是宏观材料科学中的一件大事”；中国岩石力学与工程学会理事长钱七虎院士等在发表的论文中指出：“统一强度理论在强度理论的发展史上具有突出的贡献”；沈珠江院士2004年在《力学进展》发表专题评论：“材料力学领域内为数不多的由中国学者原创的理论得到了国际同行的承认，俞教授的成就表明，中国学者在材料强度理论研究方面己占了一席之地”；被选为国家自然科学基金委10周年优秀成果工程科学九大成果之一。 由Springer出版英文专著4本，出版中文专著6本，发表论文150余篇，其中在力学顶级杂志《Applied Mechanics Reviews》发表长达50页的大型综述论文1篇。他引2040篇次，其中SCI他引234次，成果被写入254种学术著作、工程力学手册、水利百科全书及教科书。应邀在国内外作学术报告和讲座110余次，2004年在Cracow召开纪念第四强度理论100周年国际会议上作唯一的大会闭幕报告，产生了重要的学术影响。成果已被应用于土木水利、材料、机械、岩土等工程领域。获陕西省科学技术一等奖2项。 |
| 主要完成人： | 俞茂宏 代表性论著1、2、3、4、5、6主要学术思想的提出者。 1961年提出双剪概念并导出适合拉压相同材料的双剪屈服准则和12边形双剪模型；1985年提出适合拉压不同材料的双剪强度理论；1991年提出统一强度理论。 1990年至今将双剪统一强度理论扩展到结构强度理论研究。推出一系列结构塑性分析的新方程，应用于一些典型结构问题，得到一系列序列化的结果。其中包括双剪正交和非正交滑移线场方程、平面应变统一滑移线场理论、平面应力、空间轴对称统一特征线场理论、土力学有关问题的统一解。投入本项目的工作量为80%。 李跃明 首次将双剪应力屈服准则用于求解塑性力学的经典问题。（代表性论著7）首次给出了以岩土凝聚力和内摩擦角表达的双剪强度理论的方程式，并首次建立土三维空隙水压力方程（代表性论著3第13章）；与第一申请人共同提出双剪帽子模型，以及双剪强度理论体系的概念（代表性论著3第11章）。与第一申请人共同建立了基于双剪理论的弹塑性、弹粘塑性本构方程（代表性论著3第15章），为双剪理论应用于数值计算提供了基础，并参与开发了相应弹塑性程序。与第一申请人合著《强度理论研究新进展》，西安交通大学出版社，1993。投入本项目的工作量为55%。 马国伟 建立了正交各向异性的双剪强度准则、统一弹塑性分析的塑性矢量统一数学处理公式以及其它有关公式；编写了二维和三维统一弹塑性有限元结构分析程序，可用于弹塑性分析、弹粘塑性分析以及结构动力分析和结构抗震分析； 参与统一弹塑性程序的开发。和第一申请人合作出版了代表性论著2，在国际期刊上发表9篇相关SCI文章。投入本项目的工作量为55%。 张永强 将统一强度理论应用于受压运输管道的塑性极限分析，得到了相应的管道爆破压力统一解；给出了平面应变和平面应力特征线（滑移线）场的统一表达式，利用统一特征线（滑移线）场理论，得到了相应的适用于各种不同材料得具体材料的特征线（滑移线）场表达式。和第一申请人合作出版了代表性论著2。投入本项目的工作量为50%。 范文 导出了平面应变条件下的统一强度理论的抗剪强度公式，并推广到传统的土压力、边坡稳定和地基承载力计算中；建立了统一弹塑性损伤模型和损伤演变相当应力模型，导出了考虑损伤的统一滑移线场理论公式；建立了统一复合型断裂准则；导出了考虑材料剪胀和软化的洞室围岩弹塑性分析和扩孔理论的统一解公式。（代表性论著8）投入本项目的工作量为50%。 |
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