5433字开题报告范文，最新物理学硕士论文开篇报告:粒子系统的非平衡热力学和双温标模型

粒子系统的非平衡热力学和双温标模型

开幕报告

内容

一、选题背景

二.研究的目的和意义

第三，本研究涉及的主要理论

第四，本文的主要内容和研究框架

(一)本研究的主要内容

(2)本文的研究框架

五、写作大纲

六、本文的研究进展

七、读过的文学作品

一、选题背景

粒状物质，通常也称为块状物质，是由大量离散固体颗粒无序聚集而成，在自然界中无处不在。自20世纪90年代以来，颗粒物质的力学研究经历了20多年的蓬勃发展，并稳步发展成为现代物理学和力学的序言。从2005年到2011年，《自然》发表了45篇关于颗粒物的论文。大部分研究是实验观察和计算机模拟，取得了许多优秀的学术成果。然而，对基础理论的研究仍然很少，也很困难。例如，粒子动力学理论适用于由两体碰撞(如快速粒子流)主导的稀疏粒子系统。如何将其扩展到高密度和接触粒子系统是40多年来一直未解决的问题。1989年，剑桥大学卡文迪什实验室主任萨姆·德瓦尔斯(SamEdwards)发展了体积系综统计力学。自由体积熵的概念及其与传统物理量的关系尚不清楚，这困扰了这一理论的发展。显然，揭示控制颗粒物质复杂力学行为的物理原理是当前自然科学研究的主要基本课题之一。

开展颗粒材料力学基础理论研究的核心工作是希望提出物理基础坚实、意义明确的概念，改善目前的理论困境。从物质结构来看，普通物质(如空气体、水和金属等。)仅涉及宏观运动和微观粒子运动之间的两个级别空。颗粒物质具有额外的介观水平，其特征在于颗粒尺寸，这是不同于普通物质的基本特征。颗粒传播过程中摩擦生热、塑性变形和弹性波衰减在微观层面上是不可逆的。激发粒子的变化对应于介观水平的不可逆性。这两者的本质不同，但它们可以相互影响。因此，粒子系统具有更丰富的耗散机制。很难建立一个宏观物理理论来定量描述颗粒物质，分析颗粒的微观结构和运动状态，深入探讨其微观机理，确定颗粒物质的弹性能量公式和输运过程。这两个不可逆过程的非平衡热力学与宏观物理量场方程(如质量、动量和能量等状态变量的守恒方程)相结合。描述粒子系统宏观行为的偏微分方程是粒子力学的研究范式之一。颗粒固体流体力学理论是这一范式的典型代表，是对颗粒材料经典原理的推广。1998年由国际著名物理学家、德国图宾根大学理论物理研究所的马里奥·刘教授和蒋益民教授首次提出，并得到国际物理界的认可。颗粒物是指离散物质系统，是宏观世界物质系统中区别于连续物质(固体、流体)的另一种客观存在的物质形式。广义而言，所有离散物质都可以被归类为颗粒物质系统或用颗粒物质模型处理。颗粒物的研究已经成为物理、化学、生物、材料、工程等许多学科的重要前沿领域。其科研成果在基础科学、工程建设、生产制造、国防科技、新材料开发应用等方面具有重要意义。许多自然灾害，如雪崩、滑坡、泥石流、地震和沙尘暴，都可以被视为颗粒物的运动行为。了解颗粒物的物理和力学问题将有助于了解灾害的机理，改进现有的防治措施。

在普通粒子系统中，粒子尺寸分布非常广泛，从毫米到米跨越6个数量级，粒子间隙通常或多或少地填充有空流体，例如气体或液体。一般来说，mm数量级的粒子会犹豫布朗运动以分散在液体中，并且粒子系统可以被合理地视为单相流体。对于由较大颗粒组成的系统，当受到快速剪切等强外部效应时，颗粒主要受到瞬间冲击。粒子动力学能够很好地描述粒子运动速度的分布和演化。20世纪80年代是粒子动力学理论发展的高峰。在自然重力环境中，颗粒系统主要经历准静态变形或缓慢流动，颗粒之间的主要作用力是连续接触力。这方面的研究远非完美。同时，还应考虑空间隙流体和颗粒的耦合效应。粒子的连续接触在系统中形成内部结构，主要表现为两个方面的各向异性:几何结构各向异性，如粒子骨架形态；机械结构的各向异性，如力链网络。粒子排列引起的几何各向异性依赖于固有的各向异性。如果颗粒样品受到非各向同性载荷，力链在局部范围内具有很强的方向性，这被一些人形象地称为应力定位。这种由不同原因引起的机械结构各向异性导致骑行诱发的各向异性。诱导各向异性是载荷的函数，而不是材料本身的固有特性。固有各向异性属于材料的固有性质，与材料的应力无关。目前，将内部结构的影响引入连续统理论是粒子系统物理研究中的一个难点。颗粒物作为一种新型凝聚态物质，具有不同于固体和一般流体的运动规律，表现出力网络、非线性响应、结构非均质性以及从无序到有序、从流体到堵塞的结构和动态相变过程等特征。这是近十年凝聚态物理的一个新的前沿领域。著名理论物理学家德根斯·[1]和l·卡达诺夫·[2]分别于1999年在《物理评论》上发表了评论文章。他们认为“他们的理解相当于20世纪30年代的固体物理学水平”，“颗粒物是一个具有丰富特殊行为的系统，目前还没有很好的理解”。在思考21世纪物理学的发展时，物理学家认为复杂物质聚集行为的起源是对科学的挑战，也是物理学发展的新方向之一。例如，研究颗粒系统的阻塞相变和无定形玻璃化转变之间的相关性是当今复杂系统研究的热点之一，而将颗粒系统作为理想经典系统来研究复杂系统的聚集行为是美国科学院提出的未来十年(2010 -2020)凝聚态物理的主要挑战之一。颗粒系统在外力作用下的力学现象比普通固体或流体更复杂，涉及准静态变形、变形局部化、破坏、流变等。近百年来，人们主要用宏观现象学的方法来研究准静态变形与流变学的关系，并提出了许多经验公式来解决大量实际问题。然而，颗粒材料力学性能的基础研究，特别是变形局部化和破坏阶段，遇到了很大的困难。近年来，从粒子系统的内部结构特征及其演化规律来研究粒子系统的力学性质是粒子力学研究的前沿。2010年底，中共中央第一号文件《中共中央国务院关于加快水利改革和发展的决定》出台。据估计，到2020年，水利建设将投资4万亿元。可再生能源，主要是水电，将被列为能源替代战略的优先领域，并将得到大力发展。大量水利水电工程正在建设中，大量病险水库将得到加强，堆石坝是首选坝型。它是块石颗粒堆积体，其变形机理及控制、静动力响应分析，目前几乎没有可遵循的经验，这些重大工程遇到了前所未有的技术难题，迫切需要科学认识，从而促进工程的高效、优质和安全施工。2008年汉川地震后，地震区数千平方公里内的山体被破碎和分散。在未来的十多年甚至几十年里，它将会频繁发生数百万平方米的常规泥石流。其灾难性后果将是巨大的，并将严重影响我国西南地区国民经济的发展和人民生命财产的安全。泥石流的物质组成和运动特征与以往的泥石流运动规律有着本质的不同，这也对以往的工程管理和保护理念提出了挑战。从2012年7月和8月发生在四川省的几次灾难性泥石流灾害来看，它们都表现出高速、远距离的致灾特征，超出了我们现有的经验和判断。因此，有必要加强对地质灾害系统的科学认识。中国科技部和基金会委员会高度重视重大工程地质灾害的机理研究和防治，对相关粒子物理力学问题的基础研究给予了强有力的科研经费支持。如“重大工程地质灾害预测理论与数值分析方法研究”和“汶川地区次生山地灾害形成机理与风险控制”获国家973计划批准。国家自然科学基金委员会批准了两项重点基金:“颗粒物质固液转化机理研究”和“堆石体微观力学和宏观特性研究”。中国在颗粒物物理力学问题的研究方面取得了一些突破性进展。开展重大工程地质灾害中的粒子物理力学研究，与物理、力学、工程等领先城市的科研人员合作，深入探讨重大工程地质灾害的若干关键技术和理论基础，凝聚未来5-10年粒子物理力学的前沿科学问题，拓展我国粒子物理力学研究的深度和广度，更好地为我国工程建设和地质灾害防治服务。

二.研究的目的和意义

本课题基于上述研究背景。然而，由于本研究涉及相对较新的领域，本研究所基于的颗粒固体水动力理论(GSH) [3]尚未得到广泛理解。当在以前的会议和其他场合与我们研究小组的非同事讨论时，普遍的问题是植根于热力学的粒子固体流体动力学理论是否可以应用于粒子系统。

虽然模拟拟合结果吻合良好，但复杂的传递系数矩阵和相关传递系数的物理意义，特别是非对角项的理解，过于复杂。鉴于这种困惑太普遍，本文率先总结了组合粒子系统的性质，充分描述了热力学的主要分支和由此产生的粒子固体流体动力学理论，并适当减少了结果的显示部分。相关的成果可以在“颗粒物质的物理和力学”中找到。

第三，本研究涉及的主要理论

经典非平衡热力学[12(经典热力学动力学:同前)假设系统处于局部平衡状态，离平衡不远。在离平衡态不远的非平衡区，热力学通量和热力学力之间存在简单的线性关系，因此也被称为线性热力学。这一理论是一个成熟的理论，其主要内容是翁萨格在1931年建立的翁萨格互惠关系和普里戈金在1945年建立的最小熵产生原则。

局部均衡假设是创新技术的基本假设。首先，假设系统的热和机械性质之间的驻留和瞬时关系与均匀平衡系统的相同，并且系统可以在想象中被分成一系列单元，每个单元足够大以至于可以被视为宏观热力学子系统，但是足够小以至于可以被视为平衡。局部均衡的假设包含以下几个方面。平衡热力学中定义的所有变量都是有意义的。例如，温度和熵在平衡热力学中严格保留了它们的定义。在每个单元中，这些量是一致的，但是不同的单元是不同的。它们可以被视为空和时间变量t(ⅱ)之间的连续函数。假设每个状态变量在每一时刻都可以局部表达，当系统偏离平衡时，它们之间的关系在平衡热力学中保持不变。这样，当系统偏离平衡状态时，熵和各种状态变量之间的关系仍然与平衡热力学一致。

线性非平衡热力学的另一个重要结果是最小熵产生原理。根据这一原理，在接近平衡的条件下，适应外界约束的非平衡稳态熵产生具有最小值。变分原理一般可以用来证明最小熵产生原理，但为了便于讨论和理解，本文仅以热传导不可逆过程为例证明最小熵产生原理。

扩展非平衡热力学是由茹、卡萨-瓦兹奎、勒本、穆勒和鲁杰里在20世纪70年代和80年代发展起来的非平衡热力学理论体系。在CIT的基础上，引入非平衡变量耗散流，扩大了基本自变量空的范围。其基本理论框架包括耗散流的变化方程和非平衡态方程。一般来说，经典变量(质量、动量、能量等)的变化方程。)由一般平衡方程给出。耗散流的变化方程除了满足热力学第二定律的约束外，没有其他一般准则。

第四，本文的主要内容和研究框架

(一)本研究的主要内容

本文的第二章是对非平衡热力学的介绍。本章将介绍经典非平衡热力学理论、扩展非平衡热力学理论和内变量热力学IVT。本文主要介绍了每种体裁的基本特征和特点。对于那些需要深入研究的，请参考相应的参考资料。内变量热力学RT如上所述。该理论假设材料具有记忆，其本构关系是时间的函数。受克劳修斯-迪昂不等式约束，主要研究线性粘性弹性材料和“记忆”弹性材料。内部变量热力学(IVT)可以被视为CIT的最简单推广。它最早可以追溯到物理和化学变化过程的动力学描述，在金属流变模型和粘弹性-塑性方面有了很大发展。由于远程教学沿着与创新科技完全不同的主线发展，并且明显不同于其他学校，因此这里不做介绍。本章的目的是解决热力学在粒子系统中的适用性，为粒子固体流体动力学理论的出现奠定基础。

本文的第三章是颗粒固体的流体动力学。以热力学特征函数和传递系数表达式为建模对象是颗粒固体流体动力学的主要特征。同时，它在方法和概念上不同于工程的本构理论。除了物理性质的不完全描述外，一些广泛使用的颗粒材料本构关系经常违反经典物理，因此它们只能作为经验公式使用。在合理的近似下，流体动力学理论应该能够解释这些公式，同时给出它们的适用范围和局限性。这些问题与工程应用密切相关，还有许多值得今后进一步研究的问题。本章从主体系统空之间的间隙特征出发，介绍了粒子熵的概念和粒子系统的内能。在第二部分中，先介绍了理论物理中不常用但工程物理中常用的流和力，并对其理论高度进行了限制和限定。然后，从守恒量、熵增方程、涨落、应力和应变等方面，给出了一个完整的颗粒固体流体动力学的封闭谷胱甘肽方程组。理解本章内容是理解整篇论文的前提。

本文的第四章是粒子系统的双温标非平衡热力学。如前一章所述，蒋益民和刘友在经典非平衡热力学的基础上，增加了粒子温度gT作为非平衡变量来表征粒子系统的介观无序运动程度。他们沿着流体力学的研究路线建立了颗粒固体流体力学理论，并进行了开拓性的工作。1940年，兰道和卡拉特尼科夫首次将这一想法应用于超流体研究，德根斯应用于复杂流体。在清华大学新水利博物馆的内部会议上，在讨论粒子温度gT的物理起源时，我首次根据讨论能量时常用的动能和势能的方式来区分粒子温度，使得动能部分对应粒子波动，势能部分对应系统配置结构。随后，孙启成等人进一步提出了两粒子温度kinT和confT来分别表征运动演化无序和构型演化无序的程度，从而建立了一组包含经典热力学变量和两粒子温度的状态变量。

本文第五章是双温标模型在简单剪切流中的应用。由于篇幅所限，本文只选取了一章来展示双温标非平衡热力学的结果及其一般研究方法。本文的第四章和第五章是本文的核心部分，也是本文的创新点。换句话说，本文的创新主要体现在两个方面:理论创新体现在第四章。双粒子温度的概念首次提出，最终导致了双温标模型的诞生。实验的创新体现在第五章，即粒子系统的热力学研究方法。它第一次涉及到颗粒流的剪切模拟，即颗粒流的水平。在此之前，只有颗粒固体的准静态三轴加载试验。完成了从静态到动态的飞跃。当然，这个话题还有很多不足之处。温度是非平衡热力学和统计力学的核心概念。它的内涵本质上不同于平衡温度。

严格地说，粒子温度不是真实的热力学温度，而是粒子系统介观无序运动强度的表征，它可以理解为一个内部变量。在本文的第二部分，我们试图给出两粒子温度kinT和confT作为基本变量，但它们的合理性和唯一性仍需进一步验证，其内涵还需进一步探索。在本文中，它们只是作为描述介观无序运动程度的参数引入的。此外，虽然采用了双粒子温度模型，但理论上，只要确定粒子系统的材料参数和迁移系数，就可以完全获得粒子系统的力学性能。然而，材料性质如颗粒尺寸、形状和表面性质，以及介观结构如颗粒之间的力链排列和作用模式直接影响颗粒系统的材料参数和迁移系数。这些材料参数与迁移系数以及材料和颗粒的介观结构之间的关系需要进一步研究。同时，粒子系统的运动模式也验证了线性非平衡假设的合理性，其应用范围仍不确定。目前，只有物理实验和数值模拟可以用来确定材料参数和传递系数。在研究过程中，我们可以加深对介观结构和耗散机制的理解，进一步加深对材料参数和传递系数的物理性质的理解，从而获得更普遍的本构关系。

(2)本文的研究框架

本文的研究框架可以简单表达如下:

五、写作大纲

鸣谢5-6

概要6-8

摘要8-9

目录10-12

1导言12-18

1.1选题的背景和意义12-14

1.1.1主题选择的背景12-14

1.1.2研究意义14

1.2研究内容和结构安排14-16

1.2.1研究内容14-15

1.2.2结构框架15-16

1.3第16-18条的创新和不足

2国内外研究综述18-28

2.1非审计服务和公司绩效的影响18-22

2.1.1非审计服务和独立性18-19

2.1.2非审计服务的其他影响19-20

2.1.3公司绩效评估及其影响因素20-22

2.2相关文件22-23非审计服务需求的影响因素

2.3最高管理特征相关文件23-26

2.3.1高管的高层次理论与人力资本特征24-25

2.3.2代理理论和高管薪酬激励25-26

2.4本章总结26-28

3理论分析与应用28-35

3.1相关定义28-29

3.1.1非审计服务的范围28

3.1.2高级经理的定义28-29

3.1.3最高管理特征的定义29

3.2非审计服务和公司绩效29-32

3.2.1影响公司绩效的非审计服务的理论解释29-30

3.2.2公司绩效的衡量30-32

3.3影响企业购买非审计服务的高层管理特征的理论分析32-34

3.3.1基于高阶理论和人力资本理论的解释32-33

3.3.2基于代理理论、激励理论和薪酬理论的解释33-34

3.4第34-35条的理论框架

4研究设计35-45

4.1论证逻辑和研究假设35-41

4.1.1非审计服务对企业绩效的影响35-37

4.1.2最高管理层特征对非审计服务需求的影响37-39

4.1.3非审计服务对审计师独立性的影响39-41

4.2可变设计和模型构造41-43

4.2.1假设1的模型和变量描述41-42

4.2.2假设2的模型和变量描述42-43

4.3样本选择和数据源43-45

5实证分析45-54

5.1描述性统计分析45-46

5.2非审计服务对公司绩效影响的实证分析46-48

5.3高层管理特征对非审计服务需求影响的实证分析48-51

5.4鲁棒性测试51-52

5.5非审计服务是否影响审计师独立性的实证分析52-54

6研究结论和政策建议54-56

6.1研究结论54

6.2政策建议54-56

参考文献56-59摘要5-6

摘要6

第一章导言9-14

第二章非平衡热力学导论14-29

2.1序言14-16

2.2经典非平衡热力学16-20

2.3扩展的非平衡热力学20-23

2.4内部变量热力学23-27

2.5概述27-29

第三章粒子系统的非平衡热力学29-39

3.1粒子系统的内能29-30

3.2耗散力和耗散流及其相关约束30-32

3.3守恒量和熵增加方程32-33

3.4弹性能和波动动能的测定33-34

3.5弹性应变的运动方程34

3.6应力和应变的表达34-36

3.7完整的地源热泵方程36-39

第四章粒子系统的双温标模型39-50

4.1导言39-41

4.2颗粒温度41-42

4.3能量转换42-43

4.4状态变量和热力学基本方程43-45

4.5熵产生率45-46

4.6弹性应变的运动方程46

4.7守恒方程和熵增加方程46-47

4.8宏量的表达47-50

第五章双温标模型在简单剪切流50-59中的应用

5.1序言50-51

5.2弹性能量函数51-52

5.3迁移系数的简化52-53

5.4结果分析和讨论53-57

5.5概述57-59

结论59-62

参考文献62-64

六、本文的研究进展(略)

七、读过的主要文献

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