讨论多尺度概念

amani

不错，请问有人做复合材料多尺度失效断裂的吗？

seaseastar

这个帖子好阿。凑个热闹。呵呵，也不知道理解的对不对。
感觉任何一个尺度上的现象都可以找到对应的规律从而给出相应的本构方程。再通过一定的尺度与尺度之间的联系，感觉很多时候是假定的，将不同尺度之间的物理量联系起来。最后得出宏观观察到的反应。
就像hall-petch关系在晶粒尺寸小到一定尺度的时候是不存在的，反而出现了反hall-petch effect.因为连续介质的假设已经不成立了。这几年有人通过density functional来研究这一问题，将密度的波动引入分析中。再通过一定的联系与宏观现象中可以观察到的物理量联系起来。
前段时间听过一个讲座，讲的是研究应力状态本身对yielding stress的影响。就是一个多尺度的分析，在位错阶段用的是quantum mechanics，得出应力状态对位错核的影响，再通过continuum mechanics来研究这一变化对屈服应力本身的影响。
多尺度似乎没有一个统一场的放诸天下皆准的物理规律。好像大统一场也是einstein后来的研究方向。偶像阿，偶像。不过似乎研究通了俺等也看不懂。

quekuan

关注最新的技术，或许那天用得着

littlewoods

小波变换也是通过不同的尺度来对信号进行不同尺度的描述

kongdong

[size=-1]有无相生，觉着来形容多尺度，比较贴切，哈哈:）

好多都是几种因素的竞争，在不同尺度表现出不同的竞争结果。

zhangxu26

原帖由 kongdong 于 2008-5-27 15:35 发表

好多都是几种因素的竞争，在不同尺度表现出不同的竞争结果。

竞争机制确实如此，就拿材料的变形来说
有很多变形机制，只是在特定的条件下，比如环境，外力，温度
才占主导机制

另外裂纹也是，什么时候裂纹尖端发射位错，裂纹钝化
什么时候裂纹扩展，脆性破坏，都是一种机制的竞争

用一句古训是不是可以说“三十年河东，三十年河西”

chenzwboy

多尺度问题在于不同时空尺度上不同物理机制的耦合和关联。传统上单一尺度上的机制认识和模拟大多是忽略了别的尺度上的耦合和相关性。然而事实上许多问题是存在跨尺度强耦合或敏感耦合的。比如在材料失效过程中，微观上有孔洞成核、扩展，串级成微裂纹，最终汇合成宏观裂纹。材料的最终失效就是由于这些因素竞争、耦合作用下产生的。

qyuan_13

没有接触过，从网上搜索看，似乎核心是多过程耦合以及跨尺度关联，
自我幻想一下，如果真能够将多尺度问题研究下去，会不会真的实现所有场的统一？

cuizhendong

我市从事岩石断裂力学研究的，在地质构造断层和岩石力学领域存在尺寸效应问题，在岩石断裂韧度测试方法、岩石力学三轴压缩实验等领域也要考虑岩样的尺寸效，岩石损伤力学从细观层次研究岩石破坏机理，也会遇到尺寸效应问题。更微观的我还没接触过，但是我的感觉是这样的：尺度问题是自然界的客观存在，不同尺度的物体对力的响应必然不同，单个矿物颗粒的力学特性与由多个矿物胶结而成的岩块力学性质不同，与由多个节理、裂隙面纵横交错切割而成的岩体的力学响应也不会相同，他们与地壳尺度的山体和构造断裂带的力学特性也必然不同。个人感觉超大尺度和超小尺度两个极端是将来材料力学发展的必然趋势。

whpit

原帖由 aresaran 于 2008-5-8 00:39 发表
wangxiaoteng和zhangxu26讨论属于本贴的针对范畴，
多尺度试验观测导致了一些局部微观连续理论的出现，比如应变梯度，微极等等，crosserat兄弟和Eringen是最早的工作者了；
几何必须位错理论已经nano 压痕试验被证 ...

多尺度这个概念热了好多年了吧，跨尺度的问题太多了，纳米-微米-毫米-米-千米-.............,涉及的学科也太多了，从纳观微观到宏观，个人感觉就是从夸克到原子到宇宙甚至更大，了解得问题不多说说知道的。
黄克智先生在《固体本构关系》最后一章吧好象是时间太久了有点忘了，系统的介绍了一些应变梯度，微极，偶应力理论等，从最早的crosserat兄弟工作到后来的Fleck，Hutchinson的应变梯度理论，到可以结合微观尺度物理意义（如几何必须位错）的一个宏观唯象的Nix, 高华健，还有黄先生的令郎黄永刚等牛人提出的应变梯度理论，估计这一章是黄永刚老师写的，呵呵，由于引进了高价量，本构关系复杂了，解起方程来复杂一些，所以后续的才会有很多研究人员研究基于应变梯度理论或不含高阶应力的应变梯度理论的FEM方法，书上有没有明确指出这个基于连续介质力学的本构关系的适用范围，不过从位错出发以及他们给出的特征长度感觉应该是在微米到亚微米及范围的，还不到纳米这个尺度。
我感觉纳米材料的出现了纳米力学这肯定没错，现在研究纳米力学的人太多了，有材料的物理的化学的，究竟该怎么认识这个问题，在这个尺度上分子动力学是个手段（第一性原理都太小了），前几天买了本纳米力学的书翻了下，感觉更适合物理和化学的人看，传统的连续介质力学上面基本没提，当然做传统力学可能发不了好文章，聪明的年轻学者早跳过去了，呵呵。
还有个问题就是连接的问题，做复合材料的都知道界面很薄弱，也就是连接部分，那这个多尺度的问题更是了，不同的尺度下遵循的物理方程不同（也可以看成本构关系），结合处怎么处理，这恐怕不仅是个数学的难题。尝试的做过一些，感觉很不理想！

aakkaa

不同的材料行为本身就来自不同的长度量级.一般弹性行为来自晶格,对应的尺寸大约是纳米,而塑性变形如果与位错相关就可能形成微米级别的位错结构,而在宏观的理论和测量里这两种变形都是同样对待的.按我的理解,不同的微观过程对宏观现象的影响程度有着巨大的差异,今后对这些过程的微观与宏观之间的连接和转换会有更深的认识和更好的阐述.
如果说对工程实际的影响，类似长纤维复合材料或者钢筋混凝土这样的问题可能是实际结构中最麻烦的.普通金属同样发生复杂的物理过程，不过它们的问题能够用传统理论大致解决,而本身就不太符合连续介质定义的材料会带来复杂的问题,尤其是新材料.
长纤维材料在不同方向上的典型尺寸就有明显的差异,普通的层合板板内的方向上典型尺寸可以有几米，到厚度方向上一层才几十微米,而最容易出问题的层之间的界面,厚度根本就是微米量级.破坏的长度量纲同时是米和微米,这种情况下有效的检测方法也变得十分重要(当然检测手段对所有材料都是重要的),否则我们根本无从知道材料里到底发生了什么.

ma

不错的文章，顶起来

ma

我也计划作多尺度分析了，大家再讨论讨论阿，在这讨论，比看文献好多了。

甲子

我来说一下我得理解：
    多尺度主要是由于不同尺度材料结构的不同造成！传统的金属材料的性能是有微观组织结构造成的，这个是微米甚至是毫米级的！当我们进入MEMS等的研究时，我们发现在宏观条件下一些微不足道的因素开始进入我们的研究范畴，导致我们宏观理论体系不能自洽！纳米的出现更是让材料人一下子直接接触到了量子效应！在材料学中，我们一般认为在宏观尺度我们用连续介质理论，在纳米尺度用分子动力学，再小的尺度用第一性原理！
   现在最大的问题并不是尺度效应本身，而是尺度效应给我们带来的挑战，各个尺度下理论体系的不同让我们无法把结构与性能之间建立起关系来！结构决定性能是必然，但是微观量怎么决定宏观量，宏观量反过来怎么改变微观量，我们还有很长的路要走，但是，一些初步的尝试已经让我们看到了希望，比如联合分子动力学与有限元来求解压入问题就是一个很好的尝试！个人认为freemesh方法在这方面有得天独厚的优势，很有潜力！

elatree

不错了，学习

zhi217

多尺度问题应该是采用相对的方法来研究问题，比如长度和宽度是宏观尺度，厚度是微观尺度，那么该怎么进行有限元分析呢？

工程力学

还没接触过，不过从头到尾仔细看了看，感觉不错。多谢！

zamengood

是不是和统一场相关，爱因斯坦后期研究的方向？

refeihc

好大的题目，学习了。

supermonstor

4# wangxiaoteng
说得太好了，本人一直在搞复合材料的多尺度力学模型，采用多尺度本构关系进行有限元计算时特别费时，如果遇到动力学问题就更麻烦了，需要新的求解方法。