第八章 塑性本构关系
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第八章粘弹性问题8.1地质现象:冰后期回弹雪球地球(Snowball Earth假说)大冰期(持续数百万年以上)与小冰期约24亿至21亿年前——休伦冰期约8.5亿至6.35亿年前——成冰期约4.5亿至4.2亿年前——奥陶纪约3.6亿至2.6亿年前——石炭纪约258万年前——第四纪冰期(数据最多,研究最多)冰期的可能原因?太阳?大气圈层?地球内部?北极冰层面积变化:(全球变暖?)地球表面温度存在着周期性的变化,并导致冰雪覆盖面积的变化第四纪冰期峰期的冰层覆盖:冰后期回弹模型(粘性与粘弹性):精确测量高度变化:南极洲的固定GPS站点现今地表高度变化速率(mm/yr) [Milne and Shennan, 2014]什么是粘性流体(流体中不存在剪切应力)流体的本构方程(位移替换为速度):粘性系数(单位?):或容易和剪切模量混淆粘性系数的大小(决定变形的时间尺度):沥青滴落试验:(开始于1927年,持续到今天):测得沥青的粘性系数约为2.3x108Pa s水的约为0.001Pa s引入人:Prof. Thomas Parnell University of Queensland实验仍然在持续进行,2014.4.17 第9滴下落短时间尺度下呈现固态的物质在长时间尺度下可能表现为流体特征(地幔对流的理论基础)阴影部分安装了空调,平均温度降低头脑风暴(Brainstorm):大铁球下沉试验测地幔粘性系数Stokes速度如何建立粘弹性模型?8.2理想粘性和理想弹性介质的引入一. 理想弹性元件(弹簧)二. 理想粘性元件(阻尼器)弹簧和阻尼器的本构关系可以简写为:和可以用字母S(spring)和D(dashpot)分别表示三. 理想元件的基本组合(粘弹性体)串联:麦克斯韦尔(Maxwell)体总应变线形叠加:又:得本构关系:式中:并联:开尔文(Kelvin)体总应力线形叠加:粘弹性问题的本构方程都和时间有关粘弹性问题的两种特性:蠕变特性:应力保持不变,应变随时间的变化情况。
收稿日期:1997—03—31建立材料塑性本构方程的实验分析方法史宝军(山东建筑工程学院计算结构力学与计算机辅助设计研究所) 鹿晓力(郑州轻工业学院)鹿晓阳 杨乐宇(山东建筑工程学院计算结构力学与计算机辅助设计研究所) 李奎(吉林化建公司金属结构厂)摘要 以热推弯管变形分析为实例,在实验基础上综合考虑温度效应、应变速率、变形程度、应力状态与含碳量等因素对碳钢材料力学性能的影响,兼顾准确性和计算简单性建立了碳钢弯管成形过程材料本构方程。
给出了一种建立材料塑性本构方程的实验分析方法,为复杂条件下钢结构分析奠定了基础。
关键词 材料本构方程;温度效应;应变速率;应力状态分类号 T G 302;O 34411不同变形条件下,材料产生塑性变形的应力强度是不同的。
材料产生塑性变形后,应力—应变关系也因变形条件不同而有所差异。
对金属塑性变形过程进行力学分析,必须根据实际变形条件研究金属力学性能、建立相应的材料本构方程。
在文献1~4中,我们曾对弯管成形过程进行过实验研究,为建立热推弯管成形过程材料本构方程奠定了基础。
本文以实验研究为基础,侧重阐述建立材料塑性本构方程的实验分析方法。
1 宏观定性分析金属在高温(高于再结晶温度)下进行塑性加工,材料性能同时发生两个过程:一方面由于应变增加,产生应变强化即加工硬化;另一方面由于发生动态恢复再结晶,消除了组织缺陷、提高了材料塑性,解除了强化。
若应变速率过高,恢复再结晶过程来不及抵消变形强化,材料将呈现粘性。
图1给出了各种因素对材料屈服应力的影响。
除加热温度、应变速率和变形程度外,应力状态、金属化学成分及组织等都对材料屈服应力有影响。
通常分析金属塑性加工过程,采用刚塑性材料本构模型会给计算带来很大方便。
热推弯管成形过程是否可以采用刚塑性材料本构模型描述呢?回答这个问题前,先分析一下弯管成形时不同变形阶段各部分金属的变形。
如图2所示,热推弯管成形过程可以分为1、2、3三个变形阶段。