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July 30, 1999 塑性基础 第五章 塑性基础 什么是塑性? 当韧性材料经历了超过弹性极限的应力, 将发生屈服, 获得大而永久的变形. 塑性指超过屈服极限的材料响应. 塑性响应对于金属成型加工是重要的. 对于使用中的结构, 塑性作为能量吸收机构很重要. 材料几乎没有塑性变形就断裂, 称为脆性. 很多方面, 韧性响应比脆性响应更安全. 塑性是最常用的 ANSYS 材料非线性. … 塑性基础 本章将通过如下主题简要介绍塑性材料非线性基础: A. 综述 B. 建模 C. 求解 D. 后处理 目的是了解如何在 ANSYS 模型中包括基本塑性选项. 另外, 更高级的塑性选项, 和其他材料非 线性(如蠕变和超弹性)都在高级结构非线性 培训手册中讨论. 塑性基础A. 综述 塑性是一种在施加载荷的作用下, 材料发生永久变形(不可逆的塑性应变发展)材料行为. 塑性基础… 综述 结构的塑性响应 (典型地, 是由于多轴应力状态) 基于单轴试验试样的结果. 基于单轴应力-应变试验的结果, 可以得到如下信息: 比例极限. 屈服点. 应变强化. 塑性基础… 综述 比例极限和屈服点 大多数韧性金属在一个称为比例极限 的应力水平下表现出线性行为. 在比例极限以下, 应力和应变线性相关. 另外, 在称为屈服点 的应力水平以下, 应力-应变响应为弹性. 在屈服点以下, 卸载后, 发生的任何应变都是完全可恢复的. 塑性基础… 综述 … 比例极限和屈服点: 因为通常屈服点和比例极限之间差别很小, ANSYS 程序总是假定它们是相同. 屈服点以下的应力-应变曲线部分称为弹性区, 屈服点以上的部分称为塑性区. 塑性基础… 综述 应变强化 屈服后的行为典型地刻划为弹性-理想塑性 或 应变强化 行为. 应变强化 是一种材料响应, 当超过初始屈服点以后, 随着应变的增大, 屈服应力增大. 塑性基础… 综述 增量塑性理论 给出一种描述应力增量和应变增量 (D? 和De) 的数学关系, 用于表示塑性范围内的材料行为. 在增量塑性理论中, 有三个基本组成部分: 屈服准则. 流动准则. 强化规律. 塑性基础… 综述 屈服准则 对于单向拉伸是试件, 通过比较轴向应力与材料屈服应力可以确定是否屈服. 然而, 对于多向应力状态, 有必要去定义一个屈服准则. 屈服准则 是应力状态的单值 (标量)度量, 可以很容易地与单轴试验的屈服应力相比较. 因此, 如果知道应力状态和屈服准则, 程序就能确定是否会发生塑性应变. 塑性基础… 综述 … 屈服准则: 一个常用的屈服准则是 von Mises 屈服准则, 只要变形的内能(等效应力)超过一定值, 就会发生屈服. Von Mises 等效应力定义为: 式中, ?1, ?2 和 ?3 是主应力. 当等效应力超过材料的屈服应力时发生屈服: 塑性基础… 综述 … 屈服准则: Von Mises 屈服准则可以在主应力空间图示为: 塑性基础… 综述 流动准则: 流动准则 规定发生屈服时塑性应变的方向. 也就是说, 定义了单个塑性应变分量 (expl, eypl 等) 如何随屈服发展. 流动方程是从屈服准则导出的, 暗示塑性应变沿垂直于屈服面的方向发展. 这样的流动准则称为相关流动准则 . 如果采用其它的流动准则(从不同的函数导出), 就称为不相关流动准则. 塑性基础… 综述 强化规律: 强化规律 描述初始屈服准则如何随不断发展的塑性应变变化. 强化规律描述在塑性流动过程中屈服面如何变化. 如果继续加载或者反向加载, 强化规律确定材料何时将再次屈服. 塑性基础… 综述 … 强化规律: ANSYS 所用的基本强化规律有两个, 用于规定屈服面的修正: 塑性基础… 综述 随动强化 单轴试件随动强化的应力-应变行为是: 塑性基础… 综述 … 随动强化: 初始各向同性材料在屈服并经历随动强化后不再是各向同性. 随动强化模型不适合于非常大的应变的模拟. 塑性基础… 综述 等向强化 等向强化单轴试件应力-应变行为是: 塑性基础… 综述 曲线形状 ANSYS塑性模型支持三种不同的曲线形状: 塑性基础… 综述 率相关 对于给定的应力水平, 加