王自强的主要学术成就

王自强的主要学术成就

1．开创弹塑性断裂力学研究的新领域
(1) 在国际上最先建立裂纹顶端弹塑性高阶场和J-k断裂准则
王自强和他的硕士生李尧臣在国际上最先建立裂纹顶端弹塑性高阶场基本方程, 开创了弹塑性断裂力学研究的新领域。求得了二阶场,证实了幅值k2是独立参量，它可以表征远场高或低的三轴应力，从而阐明了远场三轴应力对断裂韧性的重要影响，为双参数断裂准则提供了理论基础。
他和他的博士生夏霖在国际上率先给出裂纹顶端高阶场第三至第五项结果。他和他的博士后魏悦广在裂纹顶端高阶场基础上，提出J-k 断裂准则，该准则已为国外的系统实验所证实。
(2) 求得了双材料界面裂纹顶端弹塑性奇性场
80年代后期, 双材料界面裂纹顶端弹塑性应力应变场研究成了国际断裂力学一个热点。当时国际学术界流行的看法是界面裂纹顶端全连续奇性场不存在。王自强在国际上最先发现对于特定的混合度(裂纹顶端正前方剪应力与正应力的比值),全连续分离变量形式奇性场是存在的。而这个混合度依赖于双材料的力学性质。这个新观点很快得到国际学术界的公认。王自强最先得到了双材料界面裂纹顶端的弹塑性奇性场，为双材料界面裂纹的断裂准则提供了理论基础。
以上研究内容作为成果《裂纹顶端弹塑性应力应变场和断裂准则》，1995年获得“国家自然科学三等奖”，并写进专著《高等断裂力学》。
2．提出了一种新的不含高阶应力的应变梯度理论
王自强与他的博士后陈少华提出了一种既不含偶应力也不含高阶应力的应变梯度理论，保留了经典塑性理论的基本框架，应变梯度效应(包括转动梯度和拉伸应变梯度)作为内变量引入，以增加材料的瞬时剪切模量。他们又在偶应力理论基础上，将拉伸应变梯度引入切线硬化模量，形成一种不含高阶应力的应变梯度理论，使分析大为简化而且十分有效。成功阐明了细铜丝扭转、微薄梁弯曲、微压痕、裂纹尖端场、颗粒增强复合材料等一系列实验中的尺度效应。
以上研究内容作为成果《固体的微尺度塑性及微尺度断裂研究》重要组成部分，2008年获得“国家自然科学二等奖”，并写进专著《Micro-scale plasticity Mechanics》。
3．建立了固体理论强度的一种严格算法
王自强和他的博士生李微雪利用晶体具有周期结构的特点，提出了周期结构超晶胞模型。设想超晶胞系统经受各种典型的均匀变形，也就是超晶胞内各个原子所对应的离子依照均匀变形的模式相对位移。而电子与电子相互作用用密度泛函理论来描述，电子与离子的相互作用用膺势理论来描述。
他们将第一原理能量计算与理想晶体大变形失稳理论相结合, 采用密度泛函理论、赝势平面波基方法和周期结构超晶胞模型，建立了固体理论强度的一种严格算法, 依此获得了金属铝和双原子组分材料β-SiC在各种加载方式下理论强度的预测。
以上研究内容作为成果《固体的微尺度塑性及微尺度断裂研究》重要组成部分，2008年获得“国家自然科学二等奖”