西安交通大学李群教授团队：材料构型力理论及应用

基于材料空间发展起来的材料构型力，作为固体力学的重要概念，是研究含复杂缺陷材料破坏行为的一套理论，可有效解决传统损伤与断裂力学理论无法解决的工程材料与结构的复杂失效破坏问题。

材料构型力(material configurational force，MCF)定义在材料空间的一个奇点上，来源于材料的非均质性。对含缺陷材料或结构来说，材料构型力总是和一个给定系统的总能量改变有关，这个总能量改变是由该系统构型改变引起的(缺陷演化)，也就是说，材料构型力的概念与材料的构型演化直接相关。研究发现，材料中的缺陷，如夹杂、空穴、位错、裂纹、局部塑性变形区等的构型(尺寸、形状和位置)改变，会引起材料自由能的变化。因此，材料构型力理论可用于解决各类缺陷的构型演化问题，如裂纹扩展、颗粒相变、位错滑移、物质质量迁移等。可以说，材料构型力理论在描述含缺陷材料的破坏问题方面具有得天独厚的优势，能够作为一个独立的理论体系来描述传统损伤力学和断裂力学无法解决的问题。基于材料空间发展起来的材料构型力，为描述复杂损伤与断裂力学问题，特别是预测复杂缺陷临界失效载荷和结构完整性评估问题提供了新思路。

材料构型力二次开发计算插件（a）；采用等效域积分法求解Jk积分时的积分路径示意图（b）

近年来，材料构型力理论及其应用日臻成熟，已在弹塑性材料、纳米材料、力电耦合材料等损伤与断裂评估中得到广泛应用。

西安交通大学李群教授团队基于多年来对材料构型力理论及其应用进行的大量研究工作，对已取得的成果进行整理，对材料构型力的基本概念、数值计算方法和实验测量方法，以及构型力理论在各类材料失效分析中的应用进行介绍，从而完成《材料构型力理论及应用》一书。

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材料构型力理论及应用

李群，左宏，侯俊玲著

北京：科学出版社，2025.3

ISBN 978-7-03-077858-1

全书共9 章。

第1 章对材料构型力的起源及现状进行总体介绍。

第2 章介绍材料构型力的基本概念。

第3 章讲解材料构型力的数值计算方法及其数值开发的具体思路。

第4 章概括材料构型力的实验测量方法。

第5 章介绍材料构型力在裂纹扩展中的应用研究，包括复合型裂纹、疲劳裂纹和界面裂纹问题等。

第6 章介绍材料构型力在多缺陷失效破坏中的应用研究，考虑了夹杂相变、微裂纹聚合、孔洞聚合、多缺陷损伤、黏塑性变形和疲劳加载等影响下的多缺陷问题。

第7、8 章分别介绍材料构型力在损伤力学和纳米缺陷材料失效分析中的应用。

第9 章总结材料构型力在力电耦合材料失效分析中的应用，主要针对的是压电功能材料和挠曲电材料中的缺陷问题。

本书相关研究及出版得到国家自然科学基金项目(11472205、11772245 等)的支持。适合用于材料、力学等学科研究生阶段的学习，也可供从事固体损伤与断裂力学研究和应用的科研工作者参考。

本文摘编自《材料构型力理论及应用》（李群，左宏，侯俊玲著. 北京：科学出版社，2025.3）一书“前言”“第1 章 绪论”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-077858-1

责任编辑：

（本文编辑：刘四旦）