前 言

2005年前後，清華大學工程力學係研究生課程“固體本構關係”更名為“高等固體力學”，擴充瞭應用性的內容。

“高等固體力學”課程主要研究大變形問題，但作為基礎，本書上冊仍保留瞭第 1章“小變形彈塑性本構關係”，因為這是一個力學工作者必須具備的基礎知識。如果不掌握小變形的理論，那麼大變形的理論就無從談起。

研究大變形固體力學，需要兩方麵的基礎：

（1）張量分析：目前多數教材中用到的張量分析知識還僅限於將張量當作帶指標的符號。實際上，張量分析的理論與用途遠比指標符號深刻得多。它不僅可以使推導變得十分簡潔，而且還可以清楚地顯示齣問題本身的物理意義，有時用張量分析方法可以得到一些意想不到的結果。我們可以毫不誇張地說，不懂得張量分析，要閱讀和消化現代力學文獻是不可能的。清華大學工程力學係每年都為碩士生開設“張量分析”學位課 1)。

（2）連續介質力學：包括應力理論、應變理論和本構關係。如果缺少張量分析和連續介質力學的知識，高等固體力學的講授就不可能達到足夠的深度。為此，上冊增加瞭附錄：張量分析（介紹）——當然，其中隻包含一些最少量的張量分析的必要知識；同時，上冊第 2章“連續介質力學概述”介紹瞭研究固體力學所必需的連續介質力學基礎知識。

上冊第 3章“大變形彈性本構關係及應用”講述大變形彈性本構關係的理論、邊值問題的解法和一些典型問題的解；第 4章“大變形彈塑性本構關係”係統介紹瞭許多基本概念和幾種主要的理論。對於大變形問題，本構關係可以在物體變形前的構形（參考構形）中寫齣，也可以在物體變形後的構形（即時構形）中寫齣，甚至還可以在卸載後的構形（中間構形）中寫齣。這幾種寫法涉及到不同的坐標，不同的應力（率）與不同的應變（率）。驟然看來，它們之間的關係非常復雜。考慮到這一難點，本書上冊著重說明這幾種寫法之間的相互“轉移”關係，希望讀者做到舉一就能反三。為瞭解決實際大變形問題，往往需要采用有限元方法計算。 ABAQUS是一個比較便利有效的計算軟件——上冊有一附錄，介紹該軟件的理論基礎。

1) 教材包括：黃剋智，薛明德，陸明萬編著 . 張量分析. 第 2版. 北京：清華大學齣版社， 2003.

高等固體力學（上冊）

以上內容的初稿曾在清華大學研究生課程“高等固體力學”教學中試用五遍，幾經修改定稿後，今作為本書上冊齣版。

本書下冊討論介紹固體力學近二十年來幾個活躍的研究領域。

第 1章是“晶體的大變形彈塑性理論”。晶體是上冊第 4章大變形彈塑性本構理論最適閤的應用對象，通過晶體塑性可以加深對理論的理解。

第 2章“應變梯度塑性理論”論述微米尺度下的塑性理論。近年的試驗錶明，當材料的非均勻塑性變形特徵長度在微米量級時，材料具有很強的尺度效應。其原因在於：塑性應變為非均勻時，塑性應變梯度的存在導緻“幾何必需位錯”産生，使屈服應力（“流動應力”）增大。因此，一點處的應力不僅與該點處的應變有關，而且也與該點處的塑性應變梯度有關。由於經典的塑性理論中材料本構模型不包含任何尺度參數，所以它不能預測材料的尺度效應。然而，隨著高技術的發展，在工程設計中迫切需要處理微米量級的設計和製造問題，例如：微電力係統（ MEMS）、微電子封裝、先進復閤材料及微加工。因此現代工程設計需要微米尺度下的力學理論。

第 3章是“納米管的力學”。碳納米管具有優良的力學特性，但過去被認為由於屬納米尺度，不能采用連續介質力學，而隻能用分子動力學來進行分析計算。分子動力學的齣發點是原子勢，第 3章論述如何直接從原子勢齣發，建立納米管或者任意的納米麯麵的連續介質力學。

第 4章是“柔性可伸展電子元件的力學”。電子元件是由矽製成的。矽是易斷的脆性材料，其斷裂應變隻有 2%。第 4章研究利用“屈麯”現象製成可伸展電子元件（從而可大大提高電子元件的功能）的原理，分析結構構件過屈麯行為的力學方法，同時也發展瞭梁、闆、殼的過屈麯理論。

本書所反映的研究成果得到瞭國傢自然科學基金委重大和麵上項目的長期支持，我們對此錶示衷心的感謝；第二作者同時也感謝美國科學基金會的支持；另外，對海內外的閤作者、為本書齣版過程提供過幫助的同事和學生，以及清華大學齣版社長期的齣版支持，我們一並在此緻以誠摯的謝意!

黃剋智黃永剛 2012年 3月

編輯推薦：本書是作者參加國傢自然科學基金重大項目“材料的宏微力學與強韌化設計”的研究成果；也是作者多年來在為清華大學研究生開設“固體本構關係”課程及有關講座的基礎上，經逐年積纍更新後編寫而成。書中全麵係統地闡述瞭固體本構關係，涉及國內外各種前沿理論和作者的研究成果。全書共分6章，分彆為小變形彈塑性本構關係、細觀力學基礎、連續介質力學概述、大變形彈性本構關係、大變形彈塑性本構關係以及變梯度塑性理論。