弹塑性力学_第9章 弹性与塑性应力应变关系N
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我所认识的应力和应变关系在这之前我认识了应力和应变的概念、性质以及从静力学和几何学的角度出发所得到的平衡方程和几何方程。
但是平衡方程仅反映了应力分量和外力分量的关系;几何方程仅建立了位移分量和应变分量的关系。
而谈到应力与应变的关系,对于可变形固体,在弹塑性力学中,在外力的作用下,其将发生变形。
变形分为两个阶段,弹性阶段和塑性阶段。
在弹性阶段,发生的弹性变形可以完全恢复,它是一个可逆过程。
此时,应力与应变的关系是一一对应的,是单值函数关系。
而在塑性阶段,所发生的塑性变形是不可以恢复的,是不可逆过程。
相对应的,塑性阶段的应力应变的关系是非线性关系,不存在一一对应的关系。
我所认识的应力和应变的关系就是本构关系。
本构关系也称为物理关系,它反应的是可变形材料的固有属性,实质上是一组联系力学参数和运动参数的方程式,也就是我们所说的本构方程。
在说应力与应变的关系之前,先说一下本构关系的相关影响因素,包括材料、环境、加载类型、以及加载速度。
即,),,(T t f εσ=。
另外,有各种各样的本构系,比如:弹性本构关系、塑性本构关系、粘弹性本构关系、粘塑性本构关系、各向同性本构关系、各向同性本构关系等等。
简单情况的本构关系:应力和应变的关系包括弹性和塑性的应力应变关系。
我们所说的是线性弹性体的应力应变关系,又分为简单应力状态和复杂应力状态。
在简单拉伸情况下,理想弹性材料的应力和应变的关系很简单,就是材料力学中的胡克定律: 。
而在塑性阶段,应力应变之间不再是简单的胡克定律,而是 。
另外,简单拉伸情况下的卸载定律是 。
在后继弹性阶段,也就是卸载后重新加载的材料会继续发生新的塑性变形,在此时的屈服称为后继屈服,相应的屈服点称为后继屈服点。
初始屈服和后继屈服的不同是:第一,应力的数值不一样,后继屈服的应力值更大;第二,屈服点的个数不一样。
初始屈服点只有一个,而后继屈服点会有好多个,则其对应的应力值也会有很多个。
最后,在卸载全部载荷后进行反向加载比如说把拉伸改成压缩,此时会产生Bauschinger 效应。
我所认识的应力应变关系一 在前面两章的分别学习了关于应力与应变的学习,第三章的本构关系讲述了应力与应变的关系从而构成了弹塑性力学的本构关系。
在单向应力状态下,理想的弹塑性材料的应力应变关系及其简单满足胡克定律即εσX XE =在三维应力状态下需要9个分量,即应力应变需要9个分量,于是可以把单向应力应变关系推广到三维应力状态,及推广到广义的胡克定律本式应该是91个应变分量 单由于切应力互等定理,此时后面的三个应力与式中的切应力想等即现在剩余36个应变分量。
(1)具有一个弹性对称面的线弹性体的应力应变公式如下(2)正交各向异性弹性体的弹塑性体公式如下(3)各向同性弹性体的本构方程各向同性弹性体在弹性状态下,主应力方向与主应变方向重合容易证明。
在主应变空间里,由于应变主轴与应力主轴重合,各向同性弹性体体内任意一点的应力和应变之间满足:111213x x y zC C C σεεε=++ 212223y x y z C C C σεεε=++313233z x y zC C C σεεε=++ (2-3)x ε对x σ的影响与y ε对y σ以及z ε对z σ的影响是相同的,即有112233==C C C ;y ε和z ε对x σ的影响相同,即1213=C C ,同理有2123=C C 和3132=C C 等 ,则可统一写为:112233==C C C a =122113312332=====C C C C C C b = (2-4)所以在主应变空间里,各向同性弹性体独立的弹性常数只有2个。
在任意的坐标系中,同样可以证明弹性体独立的弹性参数只有2个。
广义胡可定律如下式1[()]1[()]1[()]x x y z y y x z z z x y E E E εσνσσεσνσσεσνσσ⎧=-+⎪⎪⎪=-+⎨⎪⎪=-+⎪⎩ 222xy xy yz yz zx zx G G G τγτγτγ⎧=⎪⎪⎪=⎨⎪⎪=⎪⎩v 泊松比 2(1)EG ν=+剪切模量 E :弹性模量/杨氏模量 虎克定律E G σετγ==对于应变能函数理解有点浅在此就不多做介绍了。
塑性力学和弹性力学的区别和联系固体力学是研究固体材料及其构成的物体结构在外部干扰(荷载、温度变化等)下的力学响应的科学,按其研究对象区分为不同的科学分支。
塑性力学、弹性力学正是固体力学中的两个重要分支。
弹性力学是研究固体材料及由其构成的物体结构在弹性变形阶段的力学行为,包括在外部干扰下弹性物体的内力(应力)、变形(应变)和位移的分布,以及与之相关的原理、理论和方法;塑性力学则研究它们在塑性变形阶段的力学响应。
大多数材料都同时具有弹性和塑性性质,当外载较小时,材料呈现为弹性的或基本上是弹性的;当载荷渐增时,材料将进入塑性变形阶段,即材料的行为呈现为塑性的。
所谓弹性和塑性,只是材料力学性质的流变学分类法中两个典型性质或理想模型;同一种材料在不同条件下可以主要表现为弹性的或塑性的。
因此,所谓弹性材料或弹性物体是指在—定条件下主要呈现弹性性态的材料或物体。
塑性材料或塑性物体的含义与此相类。
如上所述。
大多数材料往往都同时具有弹性和塑性性质,特别是在塑性变形阶段,变形中既有可恢复的弹性变形,又有不可恢复的塑性变形,因此有时又称为弹塑性材料。
本书主要介绍分析弹塑性材料和结构在外部干扰下力学响应的基本原理、理论和方法。
以及相应的“破坏”准则或失效难则。
塑性力学和的区别在于,塑性力学考虑物体内产生的永久变形,而弹性力学不考虑;和的区别在于,塑性力学考虑的永久变形只与应力和应变的历史有关,而不随时间变化,而流变学考虑的永久变形则与时间有关。
一、基本假定1、弹性力学:(1)假设物体是连续的。
就是说物体整个体积内,都被组成这种物体的物质填满,不留任何空隙。
这样,物体内的一些物理量,例如:应力、应变、位移等,才可以用坐标的连续函数表示。
(2)假设物体是线弹性的。
就是说当使物体产生变形的外力被除去以后,物体能够完全恢复原来形状,不留任何残余变形。
而且,材料服从虎克定律,应力与应变成正比。
(3)假设物体是均匀的。
就是说整个物体是由同一种质地均匀的材料组成的。