中南大學(xué)丁發(fā)興：潛心材料強(qiáng)度基礎(chǔ)研究創(chuàng)“愛(ài)心”理論

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

23年以來(lái)，中南大學(xué)丁發(fā)興科研團(tuán)隊(duì)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(qiáng)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(gè)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(guó)學(xué)者庫(kù)倫從事砂巖復(fù)雜受力強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)研究以來(lái)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)和唯象科學(xué)的視角，解決了200多年來(lái)材料破壞原理認(rèn)識(shí)的這一世界性難題。

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

巖石損傷比強(qiáng)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(jī)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(gè)合理解釋：地殼深處的巖石塑性流動(dòng)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(lái)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(shí)猶如高壓鍋釋放蒸汽減壓。同時(shí)，利用此理論，丁發(fā)興科研團(tuán)隊(duì)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(duì)強(qiáng)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(qiáng)度理論基礎(chǔ)研究。丁發(fā)興說(shuō)：“我們搞理論基礎(chǔ)研究，要坐得住冷板凳，堅(jiān)持信念，即使當(dāng)下不能有效解決，也要日后尋找機(jī)會(huì)”。

目前，丁發(fā)興科研團(tuán)隊(duì)提出的損傷比強(qiáng)度理論，得到了不少有份量國(guó)內(nèi)外學(xué)者的認(rèn)可和引用。歐洲科學(xué)院院士、《中國(guó)科學(xué)：物理力學(xué)天文學(xué)》（英文版）編委劉錦茂認(rèn)為，損傷比強(qiáng)度理論從傳統(tǒng)理論中脫穎而出，用來(lái)解釋脆性材料和金屬塑性材料的破壞機(jī)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(shí)對(duì)脆性材料破壞機(jī)理的認(rèn)識(shí)。日本土木工程協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)、日本工程院院士上田多門稱，這是“有意義，對(duì)自己研究有幫助”的理論。《美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)材料》雜志副主編以及評(píng)審專家認(rèn)為，該理論“具有創(chuàng)新性和非常重要的意義”。

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