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破碎理論的發(fā)展要求

        破碎理論要求客觀、準確全面反映物料粉碎的過程，而物料的粉碎過程是一個十分復雜的物理化學過程。物料在變形、破碎過程中始終不斷與外界交換著物質(zhì)和能量。就自然界中的巖石而言，不僅承受著外載產(chǎn)生的機械能，還可能受到熱能、輻射能等的影響，這些能量作用于巖石又會導致巖石發(fā)生熱輻射、紅外輻射、聲發(fā)射等能量輸出；同時，空氣、水分、化學腐蝕等還導致巖石與環(huán)境之間存在物質(zhì)交換。因此，在考察物料的變形、破碎時，所研究的并非是一個孤立系統(tǒng)或封閉系統(tǒng)，而是一個開放系統(tǒng)，這就需要采用非平衡熱力學的研究方法。

        在外力作用下，隨著物料變形程度的變化，外載機械能和熱能不斷轉化為物料的內(nèi)能，從而使物料的內(nèi)能升高，偏離初始平衡狀態(tài)。在特定的外載條件下，外載提供的機械能、熱能等能量與物料的內(nèi)能達到一種動態(tài)平衡，物料將處于某一定態(tài)。對于不同的外載條件，物料所處定態(tài)的內(nèi)能也不相同。一般來說，物料內(nèi)能將隨外力的增大而升高。因此，這種定態(tài)相對于初始平衡態(tài)是不穩(wěn)定的。但在外力不是很大的情況下，物料所處定態(tài)偏離平衡態(tài)不是很遠，屬于線性非平衡區(qū)，稱為亞穩(wěn)定態(tài)，而將初始平衡態(tài)稱為穩(wěn)定態(tài)。在亞穩(wěn)定態(tài)，微缺陷的形成可能出現(xiàn)在物料中任意位置，呈無序分布。而且微缺陷的尺寸、數(shù)量均處于較低規(guī)模。在這一狀態(tài)下，外力所做的功主要以彈性勢能的形式儲存在物料內(nèi)部，導致物料向具有較高內(nèi)能的臨界態(tài)發(fā)展，同時也有部分彈性勢能釋放引起溫度變化、電磁輻射、聲發(fā)射等能量耗散。因此，物料在宏觀上表現(xiàn)為能量耗散的特點。為此，我們應該引入耗散結構理論，來針對物料粉碎過程中的耗散特征進行內(nèi)在規(guī)律的分析與研究。

        當外力比較大時，物料偏離平衡態(tài)較遠，屬于非線性非平衡區(qū)，此時的定態(tài)變得極不穩(wěn)定。特別的，在某一臨界態(tài)，物料將向另一種新的定態(tài)突變，這種轉化則對應于物料的失穩(wěn)破壞。在臨界態(tài)，微缺陷的形成表現(xiàn)出一定規(guī)律，主要集中分布在某些區(qū)域，具有一定的自組織性，從而誘發(fā)宏觀裂紋的產(chǎn)生，物料狀態(tài)失穩(wěn)向另一狀態(tài)發(fā)展，最終形成破裂后的某種新的穩(wěn)定態(tài)。這就是由穩(wěn)態(tài)到突變再到穩(wěn)態(tài)的螺旋式循環(huán)過程。我們要研究該過程的本質(zhì)，揭示螺旋式循環(huán)過程的定量關系，是建立破碎理論構架的基礎。運用突變理論所提供的研究方法是實現(xiàn)這一目標的關鍵途徑。

         可見，物料變形、破碎過程十分復雜，它不是一個孤立系統(tǒng)，而是一個與外界有物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)。也是一個由穩(wěn)態(tài)－漸變－突變的螺旋式演變過程，同時伴隨聲、熱等能量的耗散。要完整、系統(tǒng)的建立物料粉碎功耗方程，它需要多學科的理論做基礎。在多學科交叉融合的前提下，來建立功耗方程才可能更完善和全面，才能揭示物料粉碎這一復雜系統(tǒng)的內(nèi)在演變機理。

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