什么是压力?谁见过压力?压力是一个物理量吗?

什么是压力?谁见过压力?压力是一个物理量吗?

陈义恒教授，西安交通大学，710049

电子邮件:yhchen2@mail.xjtu.edu.cn

事实上，这个问题已经困扰笔者超过15年了。

众所周知，以往和现在从事机械工程或航空航天工程固体力学的研究人员在使用位移或应变等物理量时，一直使用经典的应力概念。

然而，世界上没有一个人，曾经看到过压力通过使用任何工具!

此外，没有人真正理解压力的生理意义是什么!

或者相反，没有人认识到压力是否是一个真实的物理量的具体事实?

众所周知，对于给定的几何坐标系，固体质点的位移实际上是物理量，毫无疑问!这是因为质点的位移可以通过眼睛，一些先进的光学仪器，甚至电子显微镜直接看到或测量。

因此，在连续一阶微分存在的同一点(或在一个小区域周围)，它们的梯度也是物理量。

主要的困难是压力是什么?

显然，应力的概念与应变和位移的概念有很大的不同，至少有以下三个观点:

(1)首先，使用现有的任何仪器，包括所有光学仪器和电气仪器，应力是不可见的或无法测量的，而众所周知的位移或应变是可以测量的。例如，GOM等公司报道的一些新型光学仪器仅能分辨0.01微米的位移和1微米的应变。而且，一些先进的电子显微镜有0.18纳米的分辨能力!

(2)其次，经典的应力概念是基于弹性中的广义胡克定律，然后将其推广到塑性中的一些结构问题，如塑性变形理论或塑性流体理论。最近，这个概念被扩展到微观力学，损伤力学，甚至纳米力学。然而，严格地说，这个概念不是从实验观察中得出的，而是从人的大脑中得出的!因此，它不是一个真实的物理量，换句话说，它是一个伪物理量，只是一个想象的物理量!这个问题很容易证明，因为在文献中没有人声称他看到过压力或测量过压力!

(3)在非线性和非均匀材料中，在某些载荷下，存在许多晶体(金属)或颗粒(陶瓷)，其尺寸尺度为几微米。一般来说，非均匀材料的应力场是不均匀的，甚至不是唯一的，尽管同一非均匀材料的应变场或位移场是唯一的(应变场可以由测量的位移场唯一地推导出来)。由于微缺陷的成核、生长、聚并等不可逆热力学过程，测量位移场发生变化，推导出的应变场也发生变化。但是，每个应变/位移场可能导致几个不同的应力场，这取决于研究人员(或研究人员的大脑)建立的不同的本构关系。换句话说，每个本构关系只会产生一个特殊的应力场。许多本构关系会产生许多不同的应力场，但研究人员实际上并没有看到或测量它们的应力场。

事情变得清晰了!

压力的概念实际上是建立在男人的大脑，而不是建立在真正的观察!

这是21世纪现代材料先进固体力学的主要障碍，因为先进的技术推动了MEMS或NEMS等仪器的小型化，使得固体力学研究人员面临着微力学或纳米力学等小尺度力学研究的挑战。然而，没有人能告诉我们，应力(作为一个宏观的伪物理量)的概念在有缺陷的微观力学或纳米力学中是否仍然有效?

如果是这样，他应该告诉我们为什么?

如果不是这样，他应该告诉我们什么是可能的和替代的物理量，而不是压力?

这个问题非常清楚，如下图所示(附件来自网站)。

图1为显微镜照片。在不均匀的材料中，照片中有许多实实在在的细节。问题是每个物体表面的应力是多少?压力有多大?这对于寻找作为位移场或应变场的应力场的详细分布是否有价值?更重要的是，从微观尺度来看，想象的应力场，如果存在，是否可以用来引入一些现象学参数来评估材料的破坏?

图1所示。显微镜照片的第一个例子附自网站。

图2。第二个例子的显微镜照片附自网站。

图2还显示了详细的位移场和应变场，但没有人可以得到详细的应力场，虽然可以测量到详细的应变-位移场。

图3。第三个显微镜照片的例子附自网站。

图3显示了另一个带有一些表面裂缝的位移场。然而，虽然可以测量到应变-位移场，但什么是应力场仍不清楚。

此外，一些著名的专家声称，在他们的分析中，纳米尺度的应力高达100GPa!这个应力大于材料的弹性模量?这一结果证明了应力概念在有缺陷的纳米力学中是不现实的。

当然，推翻以前基于所谓应力分析的贡献是不公平的。事实上，包括断裂力学在内的所有经典强度理论都是从应力分析中建立起来的，这些理论产生了大量的财富，受到了研究人员的极大关注!

此外，作者不希望简单地抛弃这个概念。这可能会倒过来!

本文的目的是激发其他对该主题感兴趣的研究人员的进一步讨论，并引入另一种物理量来取代应力概念，特别是在非均匀力学、微观力学和纳米力学中。

从物理角度来看，构型力和相关的不变积分可能是一个有用的选择，而不是在应力分析中工作。这是因为这些概念都是基于能量平衡的观点，直接从带缺陷的Eshelby力推导出来的。事实上，作者在这个研究方向上已经有了一些初步的尝试[1-17]，其中包括一本书[11]，总结了jk向量的投影守恒定律以及m积分和l积分的潜在应用。

该主题的其他进展，如微缺陷云的疲劳损伤驱动力(FDDF)将在作者随后的论文中报道。

[1]陈一恒。，关于近尖端应力场不连续面对j积分的贡献，国际工程科学杂志，第34卷，819-829(1996年)。

[2]韩建军，陈一恒。，关于近尖端应力场中微孔对j积分的贡献，国际骨折杂志，第85卷，169-183(1997)。

[3]赵立国，陈一恒。，关于界面裂纹尖端附近的亚界面微裂纹对双材料固体中j积分的贡献，国际工程科学杂志，卷35,387-407(1997)。

[4]陈义恒。左红，各向异性弹性固体中宏观裂纹-微裂纹相互作用问题的研究——第一部分——问题的一般解及j积分的应用，国际骨折杂志，第91卷，61-82(1998)。

[5]陈一恒。韩俊杰。压电材料的宏裂纹-微裂纹相互作用，第1部分:基本公式和j -分析ASME应用力学杂志，第66卷，第2期，514-521(1999)。

[6]陈一恒．,和韩建军。压电材料的微裂纹-大裂纹相互作用，第2部分。数值结果及讨论，ASME应用力学杂志，第66卷，第2期，522-527(1999)。[7]田伟英，陈一恒。，不同各向异性材料中与子界面矩阵裂纹相互作用的半无限界面裂纹，第1部分，基本公式和j积分分析，国际固体与结构杂志，第37卷，7717-7730(2000)。[8]陈宜恒。，田文勇，等。不同各向异性材料中半无限界面裂纹与子界面矩阵裂纹的相互作用，第二部分，数值结果与讨论，国际固体与结构杂志， Vol.37, 7731-7742(2000)。[9]陈义恒．,二维固体强相互作用裂纹的m积分分析，第1部分。国际固体与结构杂志.，卷38/18,3193-3212(2001)。

[10]陈义恒。，二维固体强相互作用裂纹的m积分分析，第二部分。在无限金属/陶瓷双材料的脆性阶段，国际固体与结构杂志。， Vol. 38/18, 3213-3232(2001)。

［11］书籍:守恒定律和能量释放速率的进展，Kluwer学术出版社;荷兰(ISBN 1402005008), 2002年．［12陈永辉，卢廷杰，(2003)不变积分的最新进展及应用ASME应用力学评论，卷56,515-552．

[13]李强，陈玉华。(2008)地表效应和尺寸对a能量释放的依赖平面弹性材料的纳米孔洞膨胀ASME应用力学杂志，第75卷，11月

[14]胡彦峰，陈一恒，(2009)，两条孔洞聚结前后的m积分描述，Acta Mechanica， Vol. 204(1)， 109-。

[15]胡彦峰，陈义恒，(2009)，含两条裂纹的条形条合并前后的m积分描述，ASME应用力学杂志，第76卷，11月，061017-1-12。

[16]许涛，陈义恒，(2010)，平面弹性材料中纳米夹杂物的m积分分析，中国机械工程学报，Vol. 31(6)。021019-1-9。

[17]许涛，陈义恒，(2010)，平面弹性材料中纳米夹杂物的两态m积分，应用力学学报，Vol. 77。024505-1-5。