蠕变的三个阶段与屈曲.docxVIP

蠕变与屈曲 蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。 弹性、蠕变和塑性应变都基于(当前的)应力状态，但它们是独立计算的(彼此互不依赖)。与塑性类似, 蠕变是一种基于偏量行为的不可逆(非弹性)应变。在蠕变流动条件下, 假设材料是不可压缩的；另一方面, 与率无关塑性不同，蠕变在发生非弹性应变时没有屈服面。因此, 蠕变不需要高应力值来发生更多的蠕变应变。假设在所有非零应力值时都会发生蠕变应变。 前面提到, 从材料的角度看, 蠕变和粘塑性是相同的。工程应用中, 通常蠕变用于描述低应变速率的热激活过程。率无关塑性和隐式蠕变应变以弱耦合方式处理。相反, ANSYS中粘塑性本构模型用于描述高应变速率的应用(例如, 冲击载荷)。非弹性应变以强耦合方式处理。 蠕变的三个阶段： 蠕变应变率可能是应力、应变、温度、和/或时间的函数；对于工程分析, 通常最关心蠕变的第一和第二阶段，第三阶段蠕变通常与开始破坏有关(颈缩、损坏), 且时间较短。因此, ANSYS 中不模拟第三阶段。第一阶段蠕变的应变率通常远大于第二阶段蠕变。然而, 应变率在第一阶段逐渐降低而在第二阶段几乎为常值 (对于前面提及的常应力、恒温下单轴试验情况而言)， 而且第一阶段蠕变时间比第二阶段短。 t t ? 第二阶段 第三阶段 第一阶段 断裂 第一阶段, 应变率随时间减小，该阶段在较短时间内完成。第二阶段具有常应变率。第三阶段, 应变率迅速增加直到破坏(断裂)。 蠕变 ：在施加恒应力条件下,蠕变应变增加。 应力松弛 ：在施加恒应变条件下,应力降低。 te t e t s 注意在利用隐式蠕变与显式蠕变进行计算时有差别。 时间强化：假设蠕变应变率仅与从蠕变过程开始的时间有关，也就是说,该曲线上/下移动，当应力从?1 到 ?2变化时,计算A 到 B点的不同蠕变速率。 tes t e s1 s2 A B t e s1 s2 A B 应变强化 ：假设蠕变速率仅与材料现有的应变有关，也就是说, 曲线左/右移动. 当应力从 ?1到 ?2变化时, 计算A 到 B点的不同蠕变应变率。 隐式蠕变：隐式蠕变应用了Euler向后积分法求解蠕变应变。该方法在数值上无条件稳定，这意味着不必象显式蠕变方法那样,使用小的时间步，所以总体上会更快。 对于隐式蠕变加上率无关塑性, 塑性修正和蠕变修正同时进行, 而不是分别进行。因此, 隐式蠕变一般比显式蠕变更精确, 但它仍与时间步大小有关，必须使用足够小的时间步来精确捕捉路径相关行为。基于上述原因, 隐式蠕变是 ANSYS 推荐的方法(高效、精确)，后面将详细讨论两种蠕变过程。 屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷,屈曲分析包括: 线性屈曲和非线性屈曲分析。线弹性失稳分析又称特征值屈曲分析; 线性屈曲分析可以考虑固定的预载荷，也可使用惯性释放；非线性屈曲分析包括几何非线性失稳分析, 弹塑性失稳分析, 非线性后屈曲(Snap-through)分析。理想轴向受压直杆的弹性弯曲屈曲：即假定压杆屈曲时不发生扭转，只是沿主轴弯曲。但是对开口薄壁截面构件，在压力作用下有可能在扭转变形或弯扭变形的情况下丧失稳定，这种现象称为扭转屈曲或弯扭屈曲。