作为自然界最基本的物理理论,热力学定律对科学技术的快速发展有着非常重要的指导意义。由理论物理知,自然界任何系统与事物的发展变化过程都必须遵守能量守恒原理以及熵增原理。而金属材料受力后发生的变形现象是一个简单的热力学过程,所以,使用热力学理论可以正确清楚的描述材料的变形过程。本文使用热力学定律,重新认识了金属材料的弹塑性变形问题,给出了弹塑性变形下应力场大小与分布的热力学定律叙述,指出了现有弹塑性理论所给出的应力分布形式不合理的依据。得出了以下几点新的认识:1.从弹性变形与塑性变形对应的物理机制与能量场出发,可知金属材料的弹性变形与塑性变形是两种不同物理机制、不同热力学过程的自然现象。认识到对于纯弯梁、圆轴等这类自由变形结构,在变形进入弹塑性阶段后,材料中只储存有弹性变形对应的应变能,而外力在塑性变形上所做功都以热量的形式耗散掉。结构中应变能分布规律将同弹性变形阶段一样遵守热力学第二定律的最小内能原理,卸载后构件上的应力场也遵守最小内能原理,无外力作用下稳定平衡时,构件中内能为零,残余应力并不存在。2.通过对超静定杆件、厚壁圆筒、厚壁球壳等弹性约束结构,塑性变形的产生条件的探讨。认识到该类结构高应力区在产生塑性变形时会受到相邻低应力区弹性变形场的限制,使得塑性变形不易产生,若要产生塑性变形也只能从无约束的低应力区首先产生。而发生塑性变形后,弹性约束结构的应力分布形式仍与弹性阶段一样,遵守热力学第二定律的最小内能原理。3.应用弹性约束结构塑性变形的产生条件,对高压管道壁厚、高强度材料屈强比进行理论分析,对高压管道的脆断现象以及选材给出了新的认识。理论说明了,提高壁厚与使用高强度材料并不一定能提高结构的承载力,反而在意外冲击载荷下,结构更容易发生脆断的这一工程现象。认识到当管道几何尺寸与材料屈强比接近一定的比例时,可以提高钢材的利用率且在选择金属材料作为管线用钢时,不同的钢材对应着不同的临界壁厚。