弹塑性力学
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弹性力学:1.应力:应力是描述一点内力各个方向上单位面积上的作用力的极限值,由于内力具有多重方向性因而应力也有多重方向性,需要用9个量描述,但表面独立的量有6个,实际上这6个量之间真正独立的只有3个。
2.应变;应变是描述一点的变形程度的物理量,变形包括伸缩和方向改变。
一点的应变是一个复杂的物理现象,需要6个量描述,但独立的量只有3个。
3.体积力:作用在物体每一点的外力。
比如每一点都有的重力。
4.面力:作用在物体表面的外力。
比如水给大坝表面的压力。
5.斜面应力公式:一点任一方向的面上的应力与这一点的6个坐标应力之间的关系,这个关系用于应力边界条件和斜面应力的计算。
物体表面的任一点的应力和该点的面力是相同的大小和方向。
6.平衡微分方程:分析一点:反映一点的体积力与该点的6个坐标应力之间的受力平衡的方程,方程是偏微分形式的方程。
直角坐标下的方程形式上简单,其它坐标的复杂些。
7.可能应力:满足应力边界条件和平衡微分方程的应力场(该点进入弹塑性阶段时还要满足应力形式的屈服条件),因为应力对应的应变不一定是真实应变,因此只满足应力方程的应力只是可能应力而不一定是真实应力。
8.位移:分析一点:一点变形前后的位置差值。
变形体研究的位移是该点空间位置的连续函数。
9.几何方程:分析一点:反映一点位移与该点应变之间关系的方程。
直角坐标的几何方程形式上是最简单的,而其它坐标的复杂些。
10.变形协调方程:变形体不出现开裂或堆叠现象,即一点变形后产生的位移是唯一的,这时对一点的应变分量之间的相互约束关系。
直角坐标下的方程形式上简单,其它坐标的复杂些。
11.物理方程:这是材料变形的固有性质,反映一点应力与应变之间的约束关系,这种约束关系和坐标选取无关,即各种坐标下的物理关系都是相同的函数。
12.弹性:弹性指物体在外界因素(外荷载、温度变化等)作用下引起变形,在外界因素撤除后,完全恢复其初始的形状和尺寸的性质。
13.完全弹性:材料变形性质只有弹性而没有其他如流变、塑性等变形性质。
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。
如何在工程力学中处理弹塑性问题?在工程力学领域,弹塑性问题是一个至关重要且复杂的研究方向。
弹塑性力学主要用于分析材料在受力过程中,从弹性阶段到塑性阶段的变形和应力分布规律,这对于确保工程结构的安全性和可靠性具有极其重要的意义。
要理解如何处理弹塑性问题,首先得清楚弹性和塑性的基本概念。
弹性阶段,材料在受到外力作用时会发生变形,一旦外力消失,材料能够完全恢复其原来的形状和尺寸,这种变形是可逆的。
而塑性阶段,材料在受力超过一定限度后,产生的变形即使外力去除也不能完全恢复,会留下永久的变形。
在实际工程中,很多材料都表现出弹塑性的特性,比如金属材料。
当对这类材料进行加工或者构建结构时,就需要准确地处理弹塑性问题,以预测其在不同载荷条件下的行为。
处理弹塑性问题的第一步是建立合适的本构模型。
本构模型用于描述材料的应力应变关系,它是分析弹塑性问题的基础。
常见的本构模型包括理想弹塑性模型、线性强化弹塑性模型和非线性强化弹塑性模型等。
选择合适的本构模型取决于材料的性质、加载条件以及分析的精度要求。
在建立本构模型之后,就需要运用相应的数学方法来求解弹塑性问题。
有限元法是目前广泛应用的一种数值方法。
它将连续的物体离散化为有限个单元,通过对每个单元的分析,最终得到整个物体的应力和应变分布。
在有限元分析中,需要合理地划分网格,选择合适的单元类型,并确定边界条件和加载方式。
边界条件的确定在处理弹塑性问题中也非常关键。
边界条件包括位移边界条件和力边界条件。
位移边界条件规定了物体某些点的位移,而力边界条件则规定了物体某些表面所受到的力。
正确地设定边界条件能够使分析结果更符合实际情况。
加载方式同样会影响弹塑性问题的分析结果。
加载可以是静载、动载或者循环加载等。
不同的加载方式会导致材料的响应不同,因此在分析时需要根据实际情况准确地模拟加载过程。
在处理弹塑性问题时,还需要考虑材料的各向异性。
很多材料在不同方向上具有不同的力学性能,这就需要在本构模型和分析中考虑这种各向异性的特点。