工程塑性力学-屈服准则.ppt

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* 屈 服 准 则 塑性的基本概念: 弹性 塑性 如何确定材料中塑性的发生、发展? 一点的应力状态分析: 应力张量 :主应力 ;不变量 I1, I2, I3; 八面体应力 , 应力偏张量 :不变量 J1, J2, J3 ;应力球张量 剪应力强度T,应力强度 。 屈 服 准 则 与静水压力无关的材料:金属材料 与静水压力相关的材料:混凝土,岩石,土 Tresca 屈服准则 Mises 屈服准则 Rankine 准则 Mohr-Coulomb 准则 Drucker-Prager 准则 金属材料的拉伸曲线说明,在单轴应力状态下,材料的弹性极限由两个屈服应力点来定义(??s)。 前 言 在复杂应力状态下,弹性极限成为应力空间的一个曲面(或一条曲线),这个曲面叫初始屈服曲面,简称屈服面(Yield Surface),数学表达式为: 屈服面 f = 0 称为屈服条件或屈服准则(Yield Criterion);f 称为屈服函数。 这里我们讲的是初始状态的屈服面和屈服函数,分别称为初始屈服面和初始屈服函数;在应变强化阶段,屈服面的大小、形状、位置可能改变,因此相应的屈服面和屈服函数分别称为后继屈服面和后继屈服函数。 对各向同性材料,三个主应力值 ?1, ?2, ?3 足够确定唯一的应力状态,因此屈服准则可表达为: 或 其中,I1、J2、J3分别为应力张量?ij 的第一不变量、偏应力张量 sij 的第二、第三不变量。 如何确定之? 对金属材料,Bridgman进行了大量的均匀压缩试验,发现体积变化是弹性的,即 体积弹性定律: ?m:平均应力 ? :体积应变 金属材料的塑性变形只决定于应力偏张量,与应力球张量无关,或者说与静水压力无关。从而屈服准则简化为: 塑性力学中将应力张量分解为应力偏张量和应力球张量。 金属材料的屈服准则 金属材料的屈服与静水压力无关,剪应力控制着金属材料的屈服行为。 Tresca 屈服准则 Mises 屈服准则 工程实践中广泛应用的两类屈服准则: Tresca 屈服准则 1864年,Tresca根据试验观察提出:当一点的最大剪应力达到阈值时材料开始进入塑性状态,即最大剪应力是材料屈服的准则。 用主应力表达这一准则为: 其中,材料常数 k 由单轴试验确定。 单轴试验确定材料常数 k 轴向拉伸试验: 纯剪试验:薄壁圆筒扭转试验 ?s 与 ?s 均可由试验测定,常用钢材的试验结果与上式不完全符合,说明Tresca屈服准则是近似正确的。 对于平面应力状态:设 ?3 = 0 图形表示双轴应力状态的屈服轨迹 Tresca六边形 偏平面上的Tresca屈服准则 Tresca六边形 主应力空间中的Tresca准则 Tresca屈服面 静水压力轴 π平面 例1:对于 ?yy = -?s , 0, ?s 三个不同的值,做出Tresca准则在?xx-?xy 平面上的轨迹,假设为平面应力状态。 解:对于平面应力状态(?xx ,?yy ,?xy),最大剪应力为: 那么Tresca准则变为: 即 上式分别代入?yy = -?s , 0, ?s,得到?xx-?xy 平面上的屈服轨迹。 Mises 屈服准则 1913年,Mises提出:当一点的应力状态对应的畸变能达到阈值时材料开始进入塑性状态,即用八面体剪应力或剪应力强度来代替最大剪应力。 用主应力表达这一准则为: 材料常数 k 代表纯剪试验中的屈服应力。 或 单轴试验确定材料常数 k 轴向拉伸试验: 纯剪试验: 对于常见的工程金属材料,试验结果与上式更加符合,因此Mises屈服准则比较精确。 Mises准则可以表达为: 对于平面应力状态:设 ?3 = 0 图形表示双轴应力状态的屈服轨迹 Mises椭圆 偏平面上的Mises屈服准则 Mises 圆 主应力空间中的Mises准则 Mises屈服面 静水压力轴 π平面 例2:画出 ?yy = 0, 0.5?s , ?s 三种不同值下Mises准则在?xx-?xy 平面上的轨迹,假设为平面应力状态。 解:对于平面应力状态(?xx ,?yy ,?xy),有 Tresca、Mises 准则之比较 Taylor, Quinney进行了薄壁圆筒的拉扭试验,来检验两个准则的准确性。试验证明:Mises准则比Tresca准则更接近试验结果。 π平面 Tresca、Mises 准则之应用 两个屈服准则都得到广泛的应用。

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