弹塑性力学
- 格式:pdf
- 大小:676.23 KB
- 文档页数:39
弹塑性力学基础理论与应用弹塑性力学是力学中一个重要的分支,涵盖了弹性力学和塑性力学的基本原理和应用。
本文将简要介绍弹塑性力学的基础理论和一些应用领域。
一、弹塑性力学的基础理论1. 弹性力学理论弹性力学研究材料在外力作用下的弹性变形及其恢复过程。
根据胡克定律,应力与应变成正比。
弹性力学理论通过应力张量与应变张量之间的关系描述了弹性材料的力学行为。
弹性模量是弹性力学的重要参数,表征了材料的刚度。
2. 塑性力学理论塑性力学研究材料在超过弹性极限后的变形行为。
当外力超过材料的弹性极限时,材料会发生塑性变形,而不是立即恢复到原来的形状。
塑性力学理论包括弹塑性本构方程的建立和塑性流动规律的描述。
3. 弹塑性力学理论弹塑性力学是弹性力学和塑性力学的综合应用。
它考虑了材料在弹性和塑性行为之间的转换。
在某些情况下,材料可以同时表现出弹性和塑性特性。
弹塑性力学理论利用不同的本构关系来描述材料在变形过程中的不同阶段。
二、弹塑性力学的应用1. 材料工程弹塑性力学在材料工程领域中具有重要的应用价值。
通过研究材料的弹性行为和塑性行为,可以确定材料的强度、韧性和耐久性,从而指导材料的选用和设计。
在材料的加工过程中,弹塑性力学理论也可以用于模拟和预测材料的变形行为。
2. 结构工程在结构设计和分析中,弹塑性力学也发挥着重要作用。
结构的承载能力和变形行为与材料的弹性和塑性特性密切相关。
通过考虑弹塑性行为,可以更准确地评估结构的安全性和稳定性。
3. 土木工程土木工程中的地基和土壤材料往往存在复杂的弹塑性特性。
弹塑性力学可用于分析土壤的沉降和变形行为,以及地基的稳定性。
在岩土工程中,弹塑性力学理论也可以用于分析岩土体的稳定性和变形行为。
4. 金属加工金属的塑性变形是金属加工过程中的核心问题。
弹塑性力学理论可以用于研究金属的屈服和流动行为,从而指导金属的模具设计和加工工艺的优化。
总结:弹塑性力学是力学中的一个重要分支,它综合了弹性力学和塑性力学的基础理论与应用。
弹塑性力学总结弹塑性力学的任务是分析各种结构物或其构件在弹性阶段和塑性阶段的应力和位移,校核它们是否具有所需的强度、刚度和稳定性,并寻求或改进它们的计算方法。
并且弹塑性力学是以后有限元分析、解决具体工程问题的理论基础,这就要求我们掌握其必要的基础知识和具有一定的计算能力。
通过一学期的弹塑性力学的学习,对其内容总结如下:一、弹性力学1、弹性力学的基本假定求解一个弹性力学问题,通常是已知物体的几何形状(即已知物体的边界),弹性常数,物体所受的外力,物体边界上所受的面力,以及边界上所受的约束;需要求解的是物体内部的应力分量、应变分量与位移分量.求解问题的方法是通过研究物体内部各点的应力与外力所满足的静力平衡关系,位移与应变的几何学关系以及应力与应变的物理学关系,建立一系列的方程组;再建立物体表面上给定面力的边界以及给定位移约束的边界上所给定的边界条件;最后化为求解一组偏分方程的边值问题。
在导出方程时,如果考虑所有各方面的因素,则导出的方程非常复杂,实际上不可能求解.因此,通常必须按照研究对象的性质,联系求解问题的范围,做出若干基本假定,从而略去一些暂不考虑的因素,使得方程的求解成为可能。
(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。
这样,整个物体的所有部分才具有相同的物理性质,因而物体的弹性模量和泊松比才不随位置坐标而变.(4)假设物体是各向同性的。
也就是物体内每一点各个不同方向的物理性质和机械性质都是相同的.(5)假设物体的变形是微小的。
即物体受力以后,整个物体所有各点的位移都小于物体的原有尺寸,因而应变和转角都远小于1。
弹塑性力学总结弹塑性力学是研究材料在受力后既有一部分弹性变形又有一部分塑性变形的力学学科。
它是力学学科的分支之一,因为它研究的对象是材料,所以也可以看作是材料力学的一个方向。
它的研究对象包括各种传统或新型材料——金属、高分子、陶瓷等。
本文将对弹塑性力学进行总结。
一、弹性力学与塑性力学的区别弹性力学和塑性力学都是力学学科的重要分支。
它们各自关注的是物体在受力后不同的反应。
(1)弹性力学弹性力学研究的是物体在受到力的作用下,发生弹性变形而迅速恢复原状的力学原理。
简单来说,就是物体在受力后可以发生弹性变形,如压缩变形或拉伸变形,但是在撤离力的影响之后能够回复原来的状态。
弹性力学理论主要依赖于胡克定律,胡克定律可以表示为应力与应变之比等于恒定的常数。
(2)塑性力学塑性力学研究的是物体在受到力的作用下,发生塑性变形而无法迅速完全恢复原状的力学原理。
简单来说,就是物体在受力后可以发生塑性变形,但是在恢复撤离力的影响之后,不能完全返回原来的状态,仍有残余塑性变形。
塑性力学理论主要依赖于流动理论,流动理论可以用应变率表示材料变形时受到的应力。
二、弹塑性力学的基本概念(1)应力应力是单位面积上的力,通常用σ表示。
应力有三种类型:拉应力、压应力和剪应力。
(2)应变应变是材料的形变量,通常表示为ε。
应变有三种类型:拉伸应变、压缩应变和剪切应变。
(3)黏塑性黏塑性是材料表现出的一种变形特性,它描述了物质在应力作用下的变形表现。
(4)弹性模量弹性模量是材料在受力作用下相对于其初始长度相应变形程度的比率。
弹性模量是一种力学参数,通常用E表示,单位是帕斯卡(Pa)。
材料的弹性模量越大,其刚度就越高。
(5)屈服点在达到一定的应力时,材料就会开始发生塑性变形。
材料开始发生塑性变形的应力点称为屈服点。
三、弹塑性力学的应用弹塑性力学广泛应用于工程、物理、材料科学和冶金工业等领域。
弹塑性力学理论的应用使我们在实际情况下更好地理解和处理材料的力学性质。
弹塑性⼒学定理和公式应⼒应变关系弹性模量||⼴义虎克定律1.弹性模量对于应⼒分量与应变分量成线性关系的各向同性弹性体,常⽤的弹性常数包括:a弹性模量单向拉伸或压缩时正应⼒与线应变之⽐,即b切变模量切应⼒与相应的切应变之⽐,即c体积弹性模量三向平均应⼒与体积应变θ(=εx+εy+εz)之⽐,即d泊松⽐单向正应⼒引起的横向线应变ε1的绝对值与轴向线应变ε的绝对值之⽐,即此外还有拉梅常数λ。
对于各向同性材料,这五个常数中只有两个是独⽴的。
常⽤弹性常数之间的关系见表3-1 弹性常数间的关系。
室温下弹性常数的典型值见表3-2 弹性常数的典型值。
2.⼴义虎克定律线弹性材料在复杂应⼒状态下的应⼒应变关系称为⼴义虎克定律。
它是由实验确定,通常称为物性⽅程,反映弹性体变形的物理本质。
A各向同性材料的⼴义虎克定律表达式(见表3-3 ⼴义胡克定律表达式)对于圆柱坐标和球坐标,表中三向应⼒公式中的x 、y、z分别⽤r、θ、z和r、θ、φ代替。
对于平⾯极坐标,表中平⾯应⼒和平⾯应变公式中的x、y、z⽤r、θ、z代替。
B⽤偏量形式和体积弹性定律表⽰的⼴义虎克定律应⼒和应变量分解为球量和偏量两部分时,虎克定律可写成更简单的形式,即体积弹性定律应⼒偏量与应变偏量关系式在直⾓坐标中,i,j=x,y,z;在圆柱坐标中,i,j=r,θ,z,在球坐标中i,j=r,θ,φ。
弹性⼒学基本⽅程及其解法弹性⼒学基本⽅程|| 边界条件|| 按位移求解的弹性⼒学基本⽅法|| 按应⼒求解的弹性⼒学基本⽅程|| 平⾯问题的基本⽅程|| 基本⽅程的解法|| ⼆维和三维问题常⽤的应⼒、位移公式1.弹性⼒学基本⽅程在弹性⼒学⼀般问题中,需要确定15个未知量,即6个应⼒分量,6个应变分量和3个位移分量。
这15个未知量可由15个线性⽅程确定,即(1)3个平衡⽅程[式(2-1-22)],或⽤脚标形式简写为(2)6个变形⼏何⽅程[式(2-1-29)],或简写为(3)6个物性⽅程[式(3-5)或式(3-6)],简写为或2.边界条件弹性⼒学⼀般问题的解,在物体部满⾜上述线性⽅程组,在边界上必须满⾜给定的边界条件。