双剪统一强度理论的公式出现于1991年,它的前期工作是俞茂宏等1985年发表的广义双剪强度理论。广义双剪强度理论发现了外凸理论的外边界(上限),并与Mohr-Coulomb强度理论共同界定了外凸理论的内外边界。
俞茂宏于1991年提出了统一强度理论的理论公式,但当时对它的功能并没有太多的研究,也称之为广义双剪强度理论。后来有人提出,这个广义双剪强度理论可以退化为Tresca屈服准则、Mohr-Coulomb的单剪强度理论以及很多曲线准则的线性逼近式,称为广义双剪强度理论已不太合适,因而称之为统一强度理论。
统一强度理论不仅在单元体模型上与以往各种强度理论不同,并且在数学建模方法上也与以往各种强度理论不同。以往的绝大多数强度理论都采用一个方程的数学建模方法和一个表达式的理论公式。统一强度理论采用2个数学建模方程为:
,当
时
,当
时
式中和
为材料参数。
统一强度理论的双剪单元体和2个数学建模方程,不仅反映了中间主应力对材料屈服的影响,而且它的2个表达式反映了中间主应力从
增加到
的过程中应力状态特点的转变,即从广义拉伸应力状态向广义压缩应力状态的转变。
经过推导,可得出统一强度理论如下:
,当
时(广义拉伸应力状态)
,当
时(广义压缩应力状态)
,当
时(三向拉伸应力状态)
统一强度理论式中的为反映材料强度的其他主剪力影响的参数,既是中间主剪应力
(或
)的影响系数,也是中间主应力
的影响系数,并且也是双剪统一强度理论的破坏准则参数。
统一强度理论在主应力空间的极限面是一系列以的等倾线为主轴的多边形曲面。当
或
时,它们为十二边形曲面,当
或
时,它们为六边形曲面。
统一强度理论不是单一准则,建立了各种破坏准则之间的关系,形成一个强度理论的体系。它包含了以前的屈服准则、破坏模型,其他一些光滑准则或实验准则可作为特例或线性逼近。
统一强度理论也可从线性推广到非线性,从而用一个统一的数学模型和数学表达式包含一系列线性和非线性以及一系列外凸和非凸的破坏准则,以适应更多的情况。
统一强度理论是在中国本土原创产生和发展起来的关于材料强度和结构强度的系统新理论,具有“清晰性”“简约性”“统一性”“可类比”“对称性”等“科学理论的美”的特点。经过40多年的发展,它不仅自己形成了系统的理论,而且将很多著名的理论包容其中,形成了范围更宽广、功能更强大的理论体系。由于它具有一个统一的力学模型,清晰的物理意义,简单的数学表述式,能反映材料的基本特性,即SD效应(不同的抗拉强度和抗压强度)、静水应力效应、正应力效应、中间主应力效应和中间主剪应力效应,以及结构强度分析的破坏准则效应,并且与现有的实验数据相吻合,能容易地适合许多新情况。此外,统一强度理论既容易用来取得解析解,也容易用于计算机程序取得数值解。