塑性力学-课案.ppt

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塑性力学 —绪论 §1 塑性力学的特点 材料力学 VS 弹塑性力学 ·相同之处 ·不同之处 弹性力学 VS 塑性力学 ·相同之处 ·不同之处 材料力学 :研究杆状构件在拉压、剪切、弯曲、 扭转作用下的应力和位移 弹塑性力学:研究固体材料及其构件在弹性或塑性 变形阶段的力学行为。 包括外部干扰下弹性物体的内力(应力)、 变形(应变)和位移的分布,以及与之相 关的原理、理论和方法。 材料力学 VS 弹塑性力学 ·研究结构(构件)在外部干扰下的力学响应。 具体地说,是研究结构的强度、刚度和稳定性 问题,以及结构的“破坏”准则或失效准则。 ·在一定的边界条件(或再加上初始条件)下求解 三类基本方程:平衡(运动)方程、几何方程和 本构(物理)方程。 ·以实验结果为依据,所得结果由实验来检验。 材料力学 VS 弹塑性力学 相同之处 材料力学:引入了几何性的假设,即平面假设,简化了计算,用初等方法就可获得解答。 弹塑性力学:一般不需引入平面假设,可获得更为精确的结果,从而扩大了研究对象的范围。可包括各种实体结构(如挡土墙、堤等)、深梁、非圆截面杆的扭转、孔边应力集中,以及板壳等材料力学初等理论不能解决的力学问题。 弹塑性力学中有时也引入某些几何性的假设,既使求解成为可能(或简化),又能获得足够精确的结果。 如:薄板、薄壳变形中的直法线假设;又如在处理边界条件中同样要应用圣维南原理等。 材料力学 VS 弹塑性力学 不同之处 弹性力学 VS 塑性力学 大多数固体材料都同时具有弹性和塑性性质,同一种材料在不同条件下可以主要表现为弹性的或塑性的。特别是在塑性变形阶段,变形中既有可恢复的弹性变形,又有不可恢复的塑性变形,因此有时又称为弹塑性材料。 当外载较小时,材料呈现为弹性的或基本上是弹性的;当载荷渐增时,材料将进入塑性变形阶段,其行为呈现为塑性的。 ? 有关平衡、变形协调以及边界条件等概念二者均适用 ? 基本假定: 1)连续性;2)均匀,各向同性; 3)小变形;4)无初始应力。 ? 连续介质力学原理均适用: 1)物理学基本定律:物质守恒;能量守恒;动量守恒;动量矩守恒;热力学定律。 2)运动学规律(变形几何关系)。 物体是连续的,其应力、应变和位移都可用连续函数来描述 物体是均匀和各向同性的,每一部分都具有相同的性质,物理常数不随位置和方向的变化而变化 变形是微小的,变形后物体内各点的位移都远小于物体尺寸,因而可忽略变形所引起的几何变化 弹性力学 VS 塑性力学 相同之处 ? 应力应变关系 弹性材料:线弹性体—广义胡克定律 非线性弹性体—有多种形式 塑性材料:种类繁多— 全量型、增量型弹塑性体,刚塑性体 理想弹塑性,塑性硬化等 ? 变形历史的相关性 弹性材料:力学响应与变形历史无关 塑性材料:力学响应与变形历史有关 ? 塑性力学问题理论解很少,许多问题需要数值求解 弹性力学 VS 塑性力学 不同之处 塑性力学的任务 本构理论研究 ·根据材料的力学实验结果,建立起能描述材料在塑性 状态下的应力应变关系和变形基本规律 ·按连续介质力学原理建立起塑性力学基本理论框架 工程应用问题 ·应用塑性力学基本理论和控制方程求解与材料塑性变 形有关的具体问题 §2 塑性力学的应用 工程技术上许多实际问题需要考虑到材料的塑性变形 全局的塑性—如金属压延成型工艺 局部的塑性—如集中力作用点附近及裂纹尖端附近的应力场问题 弹性力学:认为应力到达一定限值(弹性界限),将进 入塑性变形阶段时,材料破坏。结构中如 果有一处或一部分材料“破坏”,则认为 结构失效。 在结构设计中 ·一般的结构都处于非均匀受力状态,当高应力区的材料到 达弹性界限时,其他的大部分材料仍处于弹性界限之内 ·实际材料在应力超过弹性界限以后并不立即发生破坏,仍 具有一定的继续承受载荷的能力,只不过刚度相对地降低 因此弹性设计方法不能充分发挥材料的潜力,导致材料的某种浪费。 塑性力学:当局部材料进入塑性变形阶段,再继续增 加外载荷时,结构的应力重分布,这种重 分布总的是使应力分布更趋均匀,使原来 处于低应力区的材料承受更大的应力,从 而更好地发挥材料的潜力,提高结构的承 载能力。 显然,以塑性力学为基础的结构设计比弹性设计更为优越。 但

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