福建理工大学张伟教授：FRP-混凝土界面力学——从内聚力本构到智能数字孪生仿真

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在土木工程迈向智能建造的过程中，既有结构加固理论正面临着前所未有的挑战与机遇。纤维增强复合材料(FRP)作为一种高性能的加固材料，已广泛应用于基础设施的延寿与性能提升。然而，工程实践经验反复告诫我们：FRP 加固结构的关注重点，往往不在于材料本身，而在于那层微薄却极其复杂的界面。

FRP-混凝土界面混合破坏

FRP-混凝土界面并非一个理想化的几何分界，而应被视为一个涵盖混凝土表层基体、胶黏剂层及其相互渗透过渡区所构成的复杂三维体系，常称为界面过渡区(interfacial transition zone, ITZ)或过渡相。该区域的厚度通常在微米尺度(数十至数百微米)，但其物理化学特性的异质性与复杂程度远超其几何尺寸。ITZ 不仅是连接FRP 与混凝土的物理桥梁，更是两种性能迥异的材料之间发生力学耦合与化学相互作用的核心载体，也是结构破坏的薄弱点。

基于莫尔-库仑强度准则的复合模式模型

FRP-混凝土界面的力学行为并非杂乱无章，而是遵循严格的能量耗散定律与强度准则。无论是静载下的软化，还是疲劳下的刚度衰减，本质上都是界面微观结构损伤在宏观本构关系上的投影

FRP-混凝土界面并非一个简单的几何边界，而是一个包含胶层、渗透区及损伤过程区的多相耦合系统。传统的经验公式或宏观黏结-滑移理论已难以精确描述其在复杂应力状态、环境侵蚀及疲劳荷载下的非线性演化规律。与此同时，随着数字孪生理念的兴起，如何让数值模型从“设计验算工具”进化为能够实时感知、自我修正的“数字生命体”，成为学术界与工程界共同追寻的目标。

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FRP-混凝土界面力学:

从内聚力本构到智能数字孪生仿真购买

张  伟, 黄逸群 著

北京: 科学出版社, 2026. 6

ISBN 978-7-03-086151-1

《FRP- 混凝土界面力学:  从内聚力本构到智能数字孪生仿真》一书的写作初衷，正是试图在“复杂的力学机理”与“前沿的智能技术”之间架起一座桥梁。首先立足于断裂力学与损伤力学，深度解构界面的剥离、滑移与混合模式断裂机制，特别是引入莫尔-库仑强度准则来描述压剪耦合下的摩擦效应，还原了物理世界的真实性。

三维有限元模型建立流程图

FRP-混凝土界面内聚力单元

然而，任何理论若无法转化为算力，便只是纸上谈兵。本书用大量篇幅剖析ABAQUS 二次开发的核心技术，从INP 文件的底层逻辑到UINTER/VUMAT 子程序的逐行代码实现。书中不仅展示如何“算得对”，更强调了如何通过构建全解析的雅可比矩阵来实现“算得快”且“收敛”。

此外，本书进一步探索计算力学的边界。书中引入基于贝叶斯推断的参数反演、物理信息神经网络的本构替代以及面向全寿命周期的数字孪生演化技术。本书试图向读者传达一种理念：数据不应是物理模型的替代品，而应是物理模型的滋养者。只有将严谨的内聚力本构模型与灵活的数据驱动算法深度融合，才能构建出真正具有预测能力的智能模型。

本书是作者团队多年研究成果的积淀，也是对未来结构仿真技术的一次展望。本书既可以作为土木工程、力学及智能建造方向研究生的案头教材，亦可为相关领域科研人员与工程技术人员提供从理论到代码的全方位参考。愿本书能为读者在界面力学与智能建模的探索之路上点亮一束微光。

本文摘编自《FRP-混凝土界面力学: 从内聚力本构到智能数字孪生仿真》（张伟, 黄逸群著. 北京: 科学出版社, 2026. 6）一书“前言”“第1 章 概 述”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-086151-1

责任编辑：刘凯翔 罗 娟

本书系统探讨纤维增强复合材料与混凝土界面力学分析的理论与方法，重点关注界面的力学行为。在理论层面，基于内聚力模型框架，分析界面在静载、疲劳及复杂应力状态下的损伤演化规律，并对传统界面的黏结-滑移理论进行拓展。在数值模拟方面，结合有限元计算分析平台，介绍用户子程序的开发方法，通过雅可比矩阵优化和状态变量跟踪，提升界面非线性问题的计算效率与收敛性。此外，本书探索智能算法在界面分析中的应用，为界面力学研究提供新的思路。最后，讨论结构健康监测数据与数值模型的融合方法，为工程实践提供参考。

本书内容兼顾理论分析与工程应用需求，可供土木工程、复合材料及结构力学领域的研究人员和技术人员参考。

（本文编辑：刘四旦）