[工学]10___ANSYS_高级结构非线性_塑性和强化准则.ppt

July 30, 1999 高级率无关塑性 第三章 率无关塑性本章概述 本章讨论 结构非线性基础 中没有包括的一些率无关塑性模型。 尽管包括率无关塑性的一些基本原理，本章仍是面向已经熟悉ANSYS中普通各向同性和随动强化模型 (BISO, MISO, BKIN, MKIN/KINH)的用户。 大部分讨论将围绕金属非弹性。 若可行的话，很多概念可以扩展到其它材料。例如, Drucker-Prager 一般用于颗粒状材料。 率无关塑性 ...本章概述 本章包括下列主题: A. 率无关塑性的背景 B. von Mises 屈服准则 C. 各向异性/Hill 势 (HILL) D. 各向异性/广义 Hill势 (ANISO) E. Voce 非线性等向强化 (NLISO) F. 线性随动强化 G. Chaboche 非线性随动强化(CHAB) H. 混合强化 (CHAB + xISO) I. 循环强化和循环软化 J. 棘轮和调整 K. ANSYS 对塑性过程的考虑 率无关塑性 A. 塑性背景 弹性回顾: 讨论塑性之前，先回顾一下金属的弹性。 弹性响应中，如果产生的应力低于材料的屈服点，卸载时材料可完全恢复到原来的形状。 从金属的观点看，这种行为是因为延伸但没有破坏原子间化学键。因为弹性是由于原子键的延伸，所以是完全可恢复的。而且这些弹性应变往往是小的。 金属的弹性行为最常用虎克定律的应力应变关系描述: 率无关塑性 ... 塑性背景 塑性回顾: 延性金属中也会遇到非弹性或塑性响应。 超过屈服应力是塑性区域，塑性区域中卸载后残留一部分永久变形。 如果考虑在分子层次上发生了什么，塑性变形是由于剪切应力(偏差应力)引起的原子平面间的滑移引起的。位错运动的实质是晶体结构中的原子重新排列得到新的相邻元素, 从而导致不可恢复塑性应变。 值得注意的是, 与弹性不同, 滑移不会引起任何体积应变 (不可压缩条件)。 率无关塑性 ... 塑性背景 塑性回顾 (续): 因为塑性处理由于位移引起的能量损失，所以它是非保守(路径相关) 过程。 延性金属支持比弹性应变大得多的塑性应变。 弹性变形实质上独立于塑性变形，因此产生的超过屈服点的应力仍产生弹性和塑性应变。因为假设塑性应变不可压缩，所以材料响应随着应变增加变为 几乎不可压缩 。 率无关塑性 ... 塑性背景 率无关塑性: 如果材料响应和载荷速率或变形速率无关，称材料为率无关 。 低温时( 1/4 或 1/3 的熔点温度)大多数材料呈现率无关行为和低应变速率。 第四和第五章蠕变和粘塑性处理金属中率相关塑性。 率无关塑性 ... 塑性背景 工程和真实应力应变: 工程应力-应变用于小应变分析，但对于塑性必须用真实应力-应变，因为它们是材料状态更具代表性的度量。 率无关塑性 ... 塑性背景 工程和真实应力应变 (续): 如果引入工程应力-应变数据，则可以用下面的公式把这些值转换为真实应力-应变: 达到屈服应变的两倍以前: 发生颈缩以前: 注意，仅对应力转换，有以下假设: 材料是不可压缩的 (大应变可接受的近似值) 假设试样横截面的应力均匀分布。 率无关塑性 ... 塑性背景 工程和真实应力-应变 (续): 超过颈缩:在颈缩处没有工程和真实应力-应变转换公式。必须测量瞬时的横截面。 率无关塑性 ... 塑性背景 金属挤压动画实例 (有限应变塑性): 屈服准则 第三章 B-D 节 率无关塑性屈服准则背景 屈服准则: 屈服准则用于把多轴应力状态和单轴情况联系起来。 试样的拉伸实验提供单轴数据，可以绘制成一维应力-应变曲线，已在前面介绍过。 实际结构一般是多轴应力状态。屈服准则提供材料应力状态的标量不变量，可以和单轴情况对比。 率相关塑性B. Mises 屈服准则 常用的屈服准则是von Mises 屈服准则 (也称为八面体剪切应力或变形能准则)。von Mises 等效应力定义为: 写成矩阵形式式中 {s} 是偏差应力， sm 是静水应力 率无关塑性 ... Mises 屈服准则 应力状态可分解为静水压力(膨胀)和偏差(变形)分量。