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2000.31弹塑性本构关系简介
2000.321.弹性介质本构关系对线弹性介质只有两个独立的弹性常数,但应力应变(本构)关系有多种表示形式:用G和μ表示用G和体积模量K表示1.1线性弹性小变形
2000.33式中应力和应变偏张量分别为如果用拉梅(Lame)常数表示,则有弹性常数间有如下关系
2000.34利用上述关系,只要已知两个弹性常数就可写出有限元分析中的弹性矩阵(D)。例如,当以G和μ表示时,以张量形式表示的本构关系为由此可获得弹性张量Dijkl。其他可仿此写出。
2000.35非线性弹性介质的本构关系,一般是根据材料的力学试验通过拟合来得到的。例如金属材料单向拉伸Romberg-Osgood模型的关系为式中k和n为拟合的实验参数,E为初始弹性模量。一般情况下本构关系可表为1.2非线性弹性小变形在有限元分析中有两种应用形式:全量形和增量形本构关系。
2000.36全量本构关系的表达形式和线性弹性情况相同,也即1.2.1全量形式本构关系但其中的弹性系数Gs,μs不再是常数,它们是应变或应力的函数,分别称为割线弹性系数。可将它们看作与一定应力(或应变)水平对应的割线常数(割线剪切模量和割线泊松比)。式中为割线弹性张量,形式上它仍可表为
2000.37例如对混凝土,Andenaes等依据实验给出,八面体正应力、切应力和八面体线应变、角应变间关系为σoctεoctKsKt并有其中G、K分别为初始切线剪切和体积模量,为混凝土单轴抗压强度,a、m、c和p为由试验确定的常数。GtGs
2000.381.2.2增量形式本构关系增量本构关系的表达形式为但其中的弹性系数Gt,μt也不是常数,也是应变或应力的函数,分别称为切线弹性系数。可将它们看作与一定应力(或应变)水平对应的切线常数(切线剪切模量和切线泊松比)。式中为切线弹性张量,形式上仍可表为上面介绍的是哥西方法,讲义上还简述了格林方法,大家可自行阅读。
2000.39韧性(塑性)金属材料单向拉伸试验曲线如下图示意2.1应力空间表述的弹塑性本构关系2.弹塑性力学有关内容简介弹性极限屈服下限屈服上限强度极限强化段软化段弹性变形残余变形卸载
2000.310包辛格效应反向屈服点卸载、反向加载
2000.311由单向拉伸曲线可见,弹塑性材料受外部作用的反应和变形的历史有关(可称为历史相关性或路径相关性),因此本构关系应写成增量关系。又因弹塑性状态下加载和卸载有不同的规律,所以其本构关系的表述要比非线性弹性情况复杂。以应力为坐标,其每点代表一个应力状态,如此的空间称为应力空间。判断材料处于弹性还是塑性的准则,称为屈服条件或塑性条件。1)屈服条件和屈服面弹性和塑性区的分界面称为屈服面。空间屈服面应是一个凸曲面。
2000.312屈服条件曾经有最大主应力(伽)、最大主应变(圣)假设,但后来都被实验所否定。后来法国的H.Tresca提出,最大切应力达某一极限值时,材料即进入塑性状态。德国的R.Von.Mises及H.Hencky又进一步指出,弹性形变比能(也称歪形能)达一定值时材料进入塑性。对韧性金属,这一假设比较接近实际。原苏联学者伊留申提出应力强度的概念,并以应力强度作为表征物体受力程度的参数。认为应力强度达到单向拉伸的屈服极限时,材料进入塑性。这不仅概念清楚,而且便于使用,因此是塑性力学常用假设之一。
2000.313在材料的一般应力状态下,可认为应力满足如下条件时材料发生屈服,即处于塑性状态:式中为应力张量,为塑性应力张量,k为标志永久变形的量。和k统称为内变量。其中与塑性应变张量间存在如下关系k(又称硬化参数)有多种取法,可以是塑性功、塑性体应变和等效塑性应变。转图其中塑性体应变为
2000.314应力、应变关系示意
2000.315从自然状态第一次进入屈服的屈服条件称初始屈服条件,产生塑性变形后的屈服条件称后继屈服条件。初始屈服条件可表为:,它只与当前应力状态有关。屈服条件都可看成应力空间的超曲面,初始屈服条件称初始屈服面,后继屈服条件称后继屈服面,统称屈服面。如果一点应力的,则此点处于弹性状态,如果,则处于塑性状态。屈服面随内变量改变的规律称强化规律。由材料试验的资料可建立各种强化模型,目前广泛采用的有:等向强化;随动强化两种模型。
2000.316弹性等向强化随动强化
2000.317等向强化认为屈服面形状不变,只是作均匀的扩张,后继屈服
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