弹性力学_第三章 应变.ppt

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由于J?2=0 ,应变偏张量可进一步分解并解释为 都表示纯剪切变形,因此eij只与单元的剪切变形有关 应变张量分解和应变偏量不变量 应变张量的性质: (1)存在三个互相垂直的主方向,在该方向上线元只有线 应变(主应变)而无切应变。主应变张量为 主应变可由应变状态特征方程 求得。 应变张量分解和应变偏量不变量 (2)存在三个应变张量不变量I1、I2、I3,且 对于塑性变形,由体积不变条件,有 (3)在与主应变方向成45?方向上存在主切应变,其大小为 若?1≥?2≥?3,则最大切应变为 应变张量分解和应变偏量不变量 (4)应变张量可以分解为应变球张量和应变偏张量 平均线应变 应变偏张量,表示变形单元体形状变化 (塑性变形时,由于体积不变,应变偏张量就是应变张量) 应变球张量,表示变形单元体体积变化。 应变张量分解和应变偏量不变量 画圆,称为应变莫尔圆。 所有可能的应变状态都落在阴影线范围内。 由图可知,最大切应变为 应变莫尔圆 已知主应变的值,且?1?2?3,可以在?-?平面上,圆心和半径分别为 (5)可以用应变莫尔圆表示一点的应变状态。 应变张量分解和应变偏量不变量 第三章 应变 §3-1 变形与应变概念 §3-2 变形连续条件 §3-3 应变增量和应变速率张量 §3-4 应力应变分析的相似性与差异性 §3-2 变形连续条件 变形前是连续的,变形后仍然是连续的。不允许出现裂纹或发生重叠现象。 为保证变形前后物体的连续性,应变之间必然存在某种关系,描述这种关系的数学表达式就是应变协调方程。 应变协调方程 在应力分析中,已经指出必须建立平衡方程以保证物体总是处于平衡状态。然而,在应变分析中,必须由某些条件强加于应变分量以保证变形体连续。 已知位移可以求出应变。但给定应变,那么有三个未知位移函数,有六个几何方程。如果不对应变加以限制就不能得到一个解。为了能得到一个单值的连续位移函数,必须对应变分量加以限制,这种约束被称为应变协调条件 六个应变分量之间要满足一定的关系,才能保证变形体的连续性。应变分量之间的关系称为应变连续方程或应变协调方程。 分析: 1)将几何方程中的?x、?y 分别对y、x求两次偏导数,可得 两式相加,得 应变协调方程 该式表明,在坐标平面内,两个线应变分量一经确定,则切应变分量也就确定。 即 同理可得另外两式,综合在一起可得(应变连续方程或应变协调方程) 应变协调方程 2)对三个切应变等式分别对z、x、y求偏导,得 将上面的前两式相加后减去第三式,得 应变协调方程 与另外两式组合得(应变连续方程或应变协调方程) 再对上式两边对 x 求偏导数,得 上式表明,在物体三维空间内的三个切应变分量一经确定,则线应变分量也就确定。 应变协调方程 表明一点的应变分量所应满足的关系,称为应变连续方程,也称应变协调方程或圣维南(Saint-Venant)方程。 应变连续方程的物理意义表示:只有当应变分量之间满足一定的关系时,物体变形后才是连续的。否则,变形后会出现“撕裂”或“重叠”,变形体的连续性遭到破坏。 注:如果已知一点的位移分量,则由几何方程求得的应变分量自然满足连续方程。但如果先用其它方法求得应变分量,则只有满足上述应变连续方程,才能由几何方程求得正确的位移分量。 应变协调方程 例 设一物体在变形过程中某一极短时间内的位移为 试求:点A(1, 1, 1)与点B(0.5, -1, 0)的应变值 解 由几何方程式得应变分量为 代入点B的坐标值(0.5, -1, 0),得其应变值 代入点A的坐标值 (1, 1, 1) ,得其应变值 应变协调方程 应变协调方程的张量表示: ◆ 其数学意义:要求位移函数在其定义域内为单值连续函数,保证3个位移为未知量的6个几何方程不相矛盾。 ◆ 其力学意义:保证构成物体的介质在变形前后是连续的,物体任意一点的变形必须受到其相邻单元体变形的约束,即同一点不会产生两个或两个以上的位移。 由位移函数?应变自动满足连续方程(6个) 由应变?位移积分必须满足全微分条件,变形才是协调的 证明——应变协调方程是变形连续的必要和充分条件。 变形连续的物理意义,反映在数学上则要求位移分量为单值连续函数。 目标——如果应变分量满足应变协调方程,则对于单连通域,就可以通过几何方程积分求得单值连续的位移分量。 利用位移和转动分量的全微分,则 轮换x , y, z,可得du,dv和dwy,dwz 应变协调方程 如通过积分,计算出 是单值连续的,则问题可证。 保证单值连续的条件是积分与积分路径无关 根据格林公式 回代 回代到第四式 wx单值连续的必要与充分条件是 同理讨论wy,wz的单值连续条件,可

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