科学上最基本的问题看来都是非常简单的 精选

科学上最基本的问题看来都是非常简单的 精选

已有 4650 次阅读 2013-12-4 21:28 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

      科学上最基本的问题看来都是非常简单的,非常好接受的,很容易的就能把握的。这是一种深植于我们心中的一个信念,只不过是每个人所处的层次不同而已。因此,人们也特别的热衷于介入争论,好象是人人都真理在手。

      举一个例子:弹性力学的基本问题简单剪切。一个方形块体,在顶面用力向水平向推动,块体就向作用力的方向倾斜。如果物质软的话,斜面是内凹的。

      一百多年来,有两种典型论调:一是只有横剪应力,与一个剪应变成正比。这是受到工程力学实践支持的。另一个是说不,你得符合理论,应力必须是对称的,因而有两个对称应变,分别是你的1/2

      这个层次的争论早就是过去时了。这两种观点的教科书是共存的。

      另一个层次:存在反对称应力,方块受到的是应力矩的作用,从而,本质上是转动。对称应变和反对称应变共存(Stokes力学理论)。其反对称应变满足了工程力学的要求,其对称应变满足了后者的理论要求。但是,二者都反对它。但是,在反对近百年后,开始羞羞耷耷的换个概念来引进它(此论题太专业就不谈了)。

      这就要有大力学家来说话了。实验力学家说:就这样的一个简单剪切,在顶面必须施加适当的压力才能实现这个简单剪切。你们都没有看到这点吧!吵嚷个啥,你们本事都不行!

      那不行,搞理论的,高工程的,急了。开始了深入的研究工作。

      第一类:这个方块的高度不变。这不就是最简单的不可压缩介质条件吗!那就与流体类似,是个弹性流变问题。你的推动速度很重要。可以在某个程度上说,这是流变学的起源。

      第二类:底面得稳定,你在顶面一推,底面不就跟上来了,所以你得压着。这就好办了,两个力:一个切应力,一个正应力,看它咋变形?好,大发现,它变成为菱形,应力复杂的不得了。好证明啊,这不就是板壳结构上的一个微元类似吗!

      但是,一压就不对称了,问题就更复杂了。由转又压的大家都傻眼了。板壳理论就成为那个时代的大问题了(学科前沿)。

      等到了处理板壳结构的力学问题时,克西霍夫来了这么个方案:顶面向一个水平方向伸长,底面向该水平方向收缩,中截面就不斜过来了。你的剪应变此时不能用,微元内部只不过是有个正应力起作用,其它的都是连带的。它满足了理论上关于应力对称性的要求。但是,甩不开转动矩概念,没有它无法形成平衡方程啊!好办,我就是不用你Stokes的反对应力(微元力矩),但是,我还就要用对称应力引入转动矩。后面的故事学过板壳理论的也就知道了。

      所以很多人说,学完弹性力学,再学板壳理论,感到好象是二者没有多大联系。

      正是因为这个问题看似简单,但是,一方面在挑战理论(基础理论本身有问题),一方面在证明理论正确(用基础理论绕圈子也能解决它),也就成为一个搞理论研究工作的热门话题。本博文附了一个基于陈至达理性力学的结果(未正式发表)供搞力学研究的评估。

      本博文想说的是:一方面,工程实践在挑战力学的基本理论,一方面我们得维护力学的基本理论。而能做到的唯一办法是:对基本理论的继承和开拓。而不是高举大棒,指东打西的看谁不听“专家”“权威”的,而期刊及其审稿人,多数是拿大棒的。应当说,可以理解。过去的一百多年,力学上不就是打大棒的历史吗!只不过是:各领风骚几十年。

 

简单剪切变形的应力应变.pdf

 

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