On nonlocal gradient model of inelastic heterogeneous media

The aim of this paper is to investigate the influence of nonlocality on the physical and material field equations of heterogeneous media. Taking into account that plastic deformations in metals or damage in brittle and ductile materials are governed by physical mechanisms observed on levels with different lengthscales, we introduce a 6-dimensional kinematical concept with two locally defined vectors to model the material behaviour on a macro- and meso- or microlevel. Using a variational procedure the physical and material balance laws, boundary and transversality conditions are derived for macrp- and microdeformations of heterogeneous media. The disspation inquality including relaxation terms for transport processes is presented. The constitutive equations are formulated with macro- and microstrain measures, their gradients and time rates, and the anisotropy tensor as arguments, where the latter can be considered as a coupling measure between the deformed macrostates with compatible microstates. The model presented in this paper delivers a framework, which enables one to derive various nonlocal and gradient theories by introducing simplifying assumptions. As the special case a solid-void model is considered.

---

Celem pracy jest zbadanie wpływu nielokalności na fizyczne i materialne równania pola ośrodków heterogenicznych. Biorąc pod uwagę, że plastyczna deformacja w metalach lub zniszczenie w kruchych i ciągliwych materiałach rządzone są przez fizyczne mechanizmy na różnych poziomach skali, wprowadzono 6-wymiarową strukturę z dwoma lokalnie zdefiniowanymi wektorami do modelowania materialnego zachowania ośrodka na poziomie makro- i mezo- lub mikroskali. Wykorzystując wariacyjną procedurę otrzymano fizyczne i materialne prawa bilansu, warunki brzegowe i transwersalność dla makro- i mikrodeformacji ośrodków heterogenicznych. Przedstawiona nierówność dyssypacyjna zawiera człony relaksacyjne procesów transportu. Sformułowane równania konstytutywne wyrażono przy pomocy miar makro- i mikroodkształcenia, ich gradientów i przyrostów oraz tensora anizotropii, gdzie ostatni argument może być traktowany jako miara sprzężenia pomiędzy odkształconymi makrostanami i kompatybilnymi mikrostanami. Przedstawiony w pracy model dostarcza podstaw, które poprzez wprowadzenie uproszczających założeń umożliwiają otrzymanie różnych postaci nielokalnych i gradientowych teorii. Jako przypadek szczególny rozpatrzono model typu ciało stałe-pustka.