名义应力应变曲线和真实应力应变曲线
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名义应力应变曲线和真实应力应变曲线一、名义应力应变曲线和真实应力应变曲线的基本概念名义应力应变曲线和真实应力应变曲线是材料力学中常见的两个概念,它们分别描述了材料在外部受到载荷时的变形情况。
其中,名义应力指的是外部载荷与截面积之比,即σ=F/A;而真实应力则指的是在考虑材料内部各种因素(如材料微观结构、晶粒大小等)影响后得到的载荷与截面积之比,即σ'=F/A。
二、名义应力应变曲线和真实应力应变曲线的区别1. 名义应力-应变曲线名义应力-应变曲线通常是指在不考虑材料内部各种因素对其性能影响时得到的载荷与截面积之比随着材料受到外界作用而发生的相对伸长量(即形变)之间的关系图。
该图通常呈现出一个典型的S型弯曲形状,其中包含了四个主要阶段:弹性阶段、屈服阶段、塑性流动阶段和断裂阶段。
其中,弹性阶段是指材料在受到外界作用时,其形变量与载荷之间呈线性关系的阶段;屈服阶段则是指当材料的应力达到一定值时,其形变量不再随载荷增加而线性增长,而是开始出现非线性变化的阶段;塑性流动阶段则是指当材料的应力继续增大时,其形变量将会进一步增加,并逐渐呈现出一个稳定的流动状态;断裂阶段则是指当材料无法承受更大的应力时,其形变量将会突然增加并最终导致材料破裂。
2. 真实应力-应变曲线真实应力-应变曲线通常是指在考虑了材料内部各种因素对其性能影响后得到的载荷与截面积之比随着材料受到外界作用而发生的相对伸长量之间的关系图。
该图通常呈现出一个相对平缓、光滑且无明显弯曲点的形态。
这主要是因为在考虑了各种因素影响后,真实应力与名义应力之间存在一定程度上的差异。
具体来说,在弹性阶段,真实应力与名义应力之间的差异较小,但随着载荷的增加,该差异将会逐渐增大,并在材料进入屈服阶段时达到最大值。
此后,在塑性流动阶段中,真实应力与名义应力之间的差异将会逐渐减小,并最终趋于一致。
三、两种曲线的意义和应用1. 名义应力-应变曲线的意义和应用名义应力-应变曲线是描述材料在外部受到载荷时变形情况的重要工具。
不同应变率对应的应力应变曲线
以下是根据不同的应变率将材料施加应力后得到的应力应变曲线:
1. 慢应变率:在这种情况下,材料有足够的时间进行自我调整和恢复,所以它通常表现出线性和弹性响应,应力应变曲线接近直线。
2. 中等应变率:随着应变率的增加,材料开始表现出一定的非线性行为,曲线开始弯曲。
这是因为应变率的增加导致材料内部的摩擦和塑性变形增加,从而使得应力应变关系不再是线性的。
3. 快应变率:在非常高的应变率下,材料几乎没有时间进行自我调整和恢复,它表现出高度非线性和塑性行为。
在这种情况下,曲线几乎是水平的,意味着应力几乎不随应变的增加而增加。
此外,根据材料的类型和性质,可能还有其他类型的应力应变曲线。
例如,有些材料在应变率增加时可能表现出更强的刚性和脆性行为。
因此,针对特定的材料类型和测试条件,应采用适当的模型或理论来描述其应力应变关系。
真应力-真应变曲线(true stress-logarithmic strain curves)表征塑性变形抗力随变形程度增加而变化的图形,又称硬化曲线。
它定量地描述了塑性变形过程中加工硬化增长的趋势,是金属塑性加工中计算变形力和分析变形体应力-应变分布情况的基本力学性能数据。
硬化曲线的纵坐标为真应力,横坐标为真应变。
试验时某瞬间载荷与该瞬间试件承力面积之比称真应力(或真抗力,即真实塑性变形抗力)。
硬化曲线可用拉伸、扭转或压缩的方法来确定,其中应用较广的为拉伸法。
根据表示变形程度的公式不同,用拉伸图计算所得硬化曲线有3种,如图1所示。
第1种是S-δ曲线,表示真应力与延伸率之间的关系。
第2种是S-φ曲线,是真应力与断面收缩率的关系曲线。
第3种是S-ε曲线,是真应力与对数变形之间的关系曲线。
由于φ与ε的变化范围为0~1,所以第2、3种硬化曲线可直观地看出变形程度的大小,使用时较为方便。
S-δ曲线的制作先作圆柱试件拉伸试验获取拉伸图(拉力P与试件绝对仲长Δl的关系图),如图2a所示。
然后按下述方法计算出曲线上各点的真应力S和对应的断面收缩率φ,根据所获数据绘制S-φ曲线,如图2b所示。
按式(4)与(6)可求出试件出现细颈前的那段曲线,因为该曲线的变形沿试件长度上是均匀的,符合体积不变条件。
当拉伸力达最大时,变形迅速集中并形成细颈,细颈部位受三向拉仲应力作用而逐渐变小,最终发生破断。
由于形成细颈后变形发展得极不均匀,每瞬间参加变形的体积不知,故不能用公式计算这个阶段中曲线上任意点处的应力与应变;实用中只能按细颈中断口部位面积F f及断裂时的拉伸力P f来算出断点处的真实断裂应力S K及真实断裂应变φK,然后将该点与出现细颈前所算出的点,用光滑曲线联结即可组成一条完整的曲线(图2b)。
许多金属的硬化曲线上的均匀变形阶段的真应力可用简单的幂函数表达S=Kεn (7)式中n为加工硬化指数或加工硬化率(见硬化指数),它度量了金属由于塑性变形而强化(硬化)的速率。
真实应力应变与工程应力应变工程应力和真实应力有什么区别?首先请看这张图:这里面的Stress 和 Strain 就是指的工程应力和工程应变,满足这个关系:但实际上,从前一张图上就可以看出,拉伸变形是有颈缩的,因此单纯的比例关系意义是不大的,因而由此绘出的图也可能给人带来一些容易产生误解的信息,比如让人误认为过了M点金属材料本身的性能会下降.但其实我们可以看到,在断口处A(这个面积才代表真正的受应力面)是非常小的,因而材料的真实强度时上升了的(是指单位体积或者单位面积上的,不是结构上的)。
因而真实应力被定义了出来:这个是真实应力,其中Ai是代表性区域(cross—sectional area,是这么翻的吧?)前面的例子中是颈缩区截面积.然后就可以根据某些数学方法推出真实应变:但具体怎么推的别问我,因为我也不知道……但这两个式子在使用上还是不那么直接,因而我们引入体积不变条件Aili=A 0l0然后可以得到:和但似乎只有在颈缩刚刚开始的阶段这两个式子才成立.下面这张图是真实应力应变和工程应力引力应变的对照图:其中的Corrected是指的考虑了颈缩区域复杂应力状态后作的修正。
3.6 真实应力-应变曲线单向均匀拉伸或压缩实验是反映材料力学行为的基本实验。
流动应力(又称真实应力)——数值上等于试样瞬间横断面上的实际应力,它是金属塑性加工变形抗力的指标。
一。
基于拉伸实验确定真实应力-应变曲线1。
标称应力-应变曲线室温下的静力拉伸实验是在万能材料试验机上以小于的应变速率下进行的。
标称应力-应变曲线不能真实地发映材料在塑性变形阶段的力学特征.2。
真实应力-应变曲线A.真实应力-应变曲线分类分三类:Ⅰ. Y -ε;Ⅱ. Y -ψ;Ⅲ. Y -∈;B.第三类真实应力-应变曲线的确定方法步骤如下:Ⅰ.求出屈服点σs(一般略去弹性变形)式中P s -—材料开始屈服时的载荷,由实验机载荷刻度盘上读出;A o -—试样原始横截面面积.Ⅱ.找出均匀塑性变形阶段各瞬间的真实应力 Y 和对数应变Ε式中 P ——各加载瞬间的载荷,由试验机载荷刻度盘上读出;A —- 各加载瞬间的横截面面积,由体积不变条件求出;式中Δl —- 试样标距长度的瞬间伸长量,可由试验机上的标尺上读.从屈服点开始到塑性失稳点,即在均匀塑性变形阶段,可找出几个对应点。
(完整版)ABAQUS真实应⼒和真实应变定义塑性在ABAQUS 中必须⽤真实应⼒和真实应变定义塑性.ABAQUS 需要这些值并对应地在输⼊⽂件中解释这些数据。
然⽽,⼤多数实验数据常常是⽤名义应⼒和名义应变值给出的。
这时,必须应⽤公式将塑性材料的名义应⼒(变)转为真实应⼒(变)。
考虑塑性变形的不可压缩性,真实应⼒与名义应⼒间的关系为:00l A lA =,当前⾯积与原始⾯积的关系为:00l A A l= 将A 的定义代⼊到真实应⼒的定义式中,得到:00()nom F F l l A A l l σσ=== 其中0l l 也可以写为1nom ε+。
这样就给出了真实应⼒和名义应⼒、名义应变之间的关系:(1)nom nom σσε=+真实应变和名义应变间的关系很少⽤到,名义应变推导如下:0001nom l l l l l ε-==- 上式各加1,然后求⾃然对数,就得到了⼆者的关系:ln(1)nom εε=+ABAQUS 中的*PLASTIC 选项定义了⼤部分⾦属的后屈服特性。
ABAQUS ⽤连接给定数据点的⼀系列直线来逼近材料光滑的应⼒-应变曲线。
可以⽤任意多的数据点来逼近实际的材料性质;所以,有可能⾮常逼真地模拟材料的真实性质。
在*PLASTIC 选项中的数据将材料的真实屈服应⼒定义为真实塑性应变的函数。
选项的第⼀个数据定义材料的初始屈服应⼒,因此,塑性应变值应该为零。
在⽤来定义塑性性能的材料实验数据中,提供的应变不仅包含材料的塑性应变,⽽是包括材料的总体应变。
所以必须将总体应变分解为弹性和塑性应变分量。
弹性应变等于真实应⼒与杨⽒模量的⽐值,从总体应变中减去弹性应变,就得到了塑性应变,其关系为: /pl t el t E εεεεσ=-=- 其中pl ε是真实塑性应变,t ε是总体真实应变,el ε是真实弹性应变。
总体应变分解为弹性与塑性应变分量实验数据转换为ABAQUS输⼊数据的⽰例下图中的应⼒应变曲线可以作为⼀个例⼦,⽤来⽰范如何将定义材料塑性特性的实验特性的实验数据转换为ABAQUS适⽤的输⼊格式。
真实应力应变与工程应力应变工程应力和真实应力有什么区别?首先请看这张图:这里面的Stress和Strain就是指的工程应力和工程应变,满足这个关系:但实际上,从前一张图上就可以看出,拉伸变形是有颈缩的,因此单纯的比例关系意义是不大的,因而由此绘出的图也可能给人带来一些容易产生误解的信息,比如让人误认为过了M点金属材料本身的性能会下降。
但其实我们可以看到,在断口处A(这个面积才代表真正的受应力面)是非常小的,因而材料的真实强度时上升了的(是指单位体积或者单位面积上的,不是结构上的)。
因而真实应力被定义了出来:这个是真实应力,其中Ai是代表性区域(cross-sectional area,是这么翻的吧?)前面的例子中是颈缩区截面积。
然后就可以根据某些数学方法推出真实应变:但具体怎么推的别问我,因为我也不知道……但这两个式子在使用上还是不那么直接,因而我们引入体积不变条件Aili=A 0l0然后可以得到:和但似乎只有在颈缩刚刚开始的阶段这两个式子才成立。
下面这张图是真实应力应变和工程应力引力应变的对照图:其中的Corrected是指的考虑了颈缩区域复杂应力状态后作的修正。
3.6 真实应力-应变曲线单向均匀拉伸或压缩实验是反映材料力学行为的基本实验。
流动应力(又称真实应力)——数值上等于试样瞬间横断面上的实际应力,它是金属塑性加工变形抗力的指标。
一.基于拉伸实验确定真实应力-应变曲线1.标称应力-应变曲线室温下的静力拉伸实验是在万能材料试验机上以小于的应变速率下进行的。
标称应力-应变曲线不能真实地发映材料在塑性变形阶段的力学特征。
2.真实应力-应变曲线A.真实应力-应变曲线分类分三类:Ⅰ.Y -ε;Ⅱ.Y -ψ;Ⅲ.Y -∈;B.第三类真实应力-应变曲线的确定方法步骤如下:Ⅰ.求出屈服点σs(一般略去弹性变形)式中P s——材料开始屈服时的载荷,由实验机载荷刻度盘上读出;A o——试样原始横截面面积。
Ⅱ.找出均匀塑性变形阶段各瞬间的真实应力Y和对数应变Ε式中P——各加载瞬间的载荷,由试验机载荷刻度盘上读出;A——各加载瞬间的横截面面积,由体积不变条件求出;式中Δl——试样标距长度的瞬间伸长量,可由试验机上的标尺上读。
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真实应力是指材料在力学响应中所实际承受的应力值,该值考虑了物体的几何构型及其尺寸效应的影响;真实应变则是衡量材料在受力状态下实际发生的形变程度,它涵盖了材料体积变化的考量。
名义应力应变曲线和真实应力应变曲线
引言
在材料力学的研究中,应力和应变是两个重要的概念。
应力是对物体单元面积上的内部力的描述,而应变是物体在受到外力作用下的形变程度。
材料的力学性质可以通过应力-应变曲线来描述。
然而,由于不同的测量方法和条件,得到的应力-应变曲线可能存在一定的差异。
本文将详细探讨名义应力应变曲线和真实应力应变曲线之间的关系。
一. 名义应力应变曲线
名义应力应变曲线是指在无外界影响下,通过直接测量外力和承受力的比值得到的应力应变关系曲线。
在测试材料的强度、刚度和塑性等力学性质时,常使用名义应力应变曲线进行研究。
名义应力应变曲线由弹性阶段、屈服点、塑性阶段和破坏点四个主要区域组成。
1. 弹性阶段
在名义应力应变曲线的弹性阶段,应变与应力成线性关系,材料在这个阶段内具有完全弹性变形能力。
如果外力移除,材料能够完全恢复其原始形状。
这是因为在弹性阶段内材料分子间发生的位移微小,分子间的作用力可以通过弹性形变来恢复原状。
2. 屈服点
当外力继续增大,超过弹性极限时,材料发生塑性变形。
在名义应力应变曲线中,屈服点是指材料从弹性变形进入塑性变形的临界点。
在屈服点之前,应力和应变之间存在一个线性关系,这个线性关系称为胶性区。
屈服点之后的应力应变曲线呈现非线性增长,形成了塑性区。
3. 塑性阶段
在塑性阶段,应力应变曲线表现出非线性增长的特点。
由于材料内部发生了位移和位错的形成,原子和分子之间的排列发生改变,使材料的原始形状无法恢复。
塑性阶段内材料受外力的影响,会发生塑性变形和变形硬化。
材料的塑性行为在这个阶段内得到了充分的表现和研究。
4. 破坏点
在名义应力应变曲线的最后一个阶段,材料不再具备耐久性能,终会达到破坏点。
此时材料无法承受更多的应力,产生破裂。
破坏点是在研究材料强度时的一个重要参数,它可以反映材料的破坏极限。
二.真实应力应变曲线
真实应力应变曲线是指在考虑材料体积的变化后得到的应力应变关系曲线。
由于在受力过程中材料会发生体积的改变,名义应力应变曲线难以完整描述真实的应力应变行为,因此需要引入真实应力的概念。
1. 真实应变
在受到外力作用时,材料内部的体积会发生改变。
因此,在计算真实应力时,需要考虑材料的体积变化。
真实应变是指在外加载荷下,考虑材料体积变化后计算得到的应变。
真实应变一般大于名义应变,因为真实应变考虑了材料的体积变化。
2. 真实应力
真实应力是指在考虑材料体积变化后计算得到的应力。
随着加载荷的增加,材料的体积逐渐减小,导致真实应力大于名义应力。
真实应力与应变关系通常用于研究材料的韧性和断裂行为。
三. 名义应力与真实应力的关系
名义应力应变曲线与真实应力应变曲线之间存在一定的差异。
尽管这两个曲线描述的是同一个材料的力学性质,但两者考虑的因素不同。
1. 名义应力的计算
名义应力的计算是基于外载荷和体积不变的假设。
在计算名义应力时,不考虑材料的体积变化。
因此,在考虑材料体积变化的情况下,名义应力通常小于真实应力。
2. 真实应力的计算
真实应力的计算是在外载荷的作用下,考虑材料体积变化的情况下得到的。
真实应力考虑了材料的体积变化,因此通常大于名义应力。
真实应力能够更准确地描述材料的力学性质,尤其在考虑材料的断裂行为时更为重要。
3. 名义应力与真实应力的对比
名义应力和真实应力是同一个材料的两种力学性质描述方式。
这两个参数可以通过简单的关系进行转换。
在弹性阶段和塑性阶段,名义应力与真实应力之间的差异相对较小。
但在材料接近断裂点时,由于体积的显著变化,名义应力与真实应力之间的差异会更加明显。
结论
名义应力应变曲线和真实应力应变曲线是描述材料力学性质的两个重要工具。
名义应力应变曲线通常用于研究材料的强度和刚度,而真实应力应变曲线则更加关注材料的韧性和断裂行为。
尽管两者存在差异,但其关系可以通过适当的转换来建立。
在研究材料的力学性质时,需要根据具体情况选择适当的应力应变曲线来描述材料的行为。
参考文献
1.Ashby, M. F., & Jones, D. R. (2006). Engineering materials 1: an
introduction to properties, applications, and design. Butterworth-Heinemann.
2.Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. (2017). Materials Science and
Engineering: An Introduction. John Wiley & Sons.。