非線性05_材料非線性.ppt

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1、塑性基礎(chǔ)第六章6.塑性基礎(chǔ)什么是塑性?當(dāng)韌性材料經(jīng)歷了超過彈性極限的應(yīng)力,將發(fā)生屈服,獲得大而永久的變形.塑性指超過屈服極限的材料響應(yīng).塑性響應(yīng)對于金屬成型加工是重要的.對于使用中的結(jié)構(gòu),塑性作為能量吸收機(jī)構(gòu)很重要.材料幾乎沒有塑性變形就斷裂,稱為脆性.很多方面,韌性響應(yīng)比脆性響應(yīng)更安全.塑性是最常用的ANSYS材料非線性.…塑性基礎(chǔ)本章將通過如下主題簡要介紹塑性材料非線性基礎(chǔ):A.綜述B.建模C.求解D.后處理目的是了解如何在ANSYS模型中包括基本塑性選項.另外,更高級的塑性選項,和其他材料非線性(如蠕變和超彈性)都在高級結(jié)構(gòu)非線性培訓(xùn)手冊中討論.塑

2、性基礎(chǔ)A.綜述塑性是一種在施加載荷的作用下,材料發(fā)生永久變形(不可逆的塑性應(yīng)變發(fā)展)材料行為.低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線(夸大的)??彈性理想塑性應(yīng)變強化上屈服點破壞塑性基礎(chǔ)…綜述結(jié)構(gòu)的塑性響應(yīng)(典型地,是由于多軸應(yīng)力狀態(tài))基于單軸試驗試樣的結(jié)果.基于單軸應(yīng)力-應(yīng)變試驗的結(jié)果,可以得到如下信息:比例極限.屈服點.應(yīng)變強化.塑性基礎(chǔ)…綜述比例極限和屈服點大多數(shù)韌性金屬在一個稱為比例極限的應(yīng)力水平下表現(xiàn)出線性行為.在比例極限以下,應(yīng)力和應(yīng)變線性相關(guān).另外,在稱為屈服點的應(yīng)力水平以下,應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)為彈性.在屈服點以下,卸載后,發(fā)生的任何應(yīng)變都是完全可恢復(fù)的.??比

3、例極限屈服點塑性基礎(chǔ)…綜述…比例極限和屈服點:因為通常屈服點和比例極限之間差別很小,ANSYS程序總是假定它們是相同.屈服點以下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線部分稱為彈性區(qū),屈服點以上的部分稱為塑性區(qū).??屈服點彈性塑性塑性基礎(chǔ)…綜述應(yīng)變強化屈服后的行為典型地刻劃為彈性-理想塑性或應(yīng)變強化行為.應(yīng)變強化是一種材料響應(yīng),當(dāng)超過初始屈服點以后,隨著應(yīng)變的增大,屈服應(yīng)力增大.彈性-理想塑性應(yīng)變強化???y?y??y?y?單軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線塑性基礎(chǔ)…綜述增量塑性理論給出一種描述應(yīng)力增量和應(yīng)變增量(D?和De)的數(shù)學(xué)關(guān)系,用于表示塑性范圍內(nèi)的材料行為.在增量塑性理論中,有三個基

4、本組成部分:屈服準(zhǔn)則.流動準(zhǔn)則.強化規(guī)律.塑性基礎(chǔ)…綜述屈服準(zhǔn)則對于單向拉伸是試件,通過比較軸向應(yīng)力與材料屈服應(yīng)力可以確定是否屈服.然而,對于多向應(yīng)力狀態(tài),有必要去定義一個屈服準(zhǔn)則.屈服準(zhǔn)則是應(yīng)力狀態(tài)的單值(標(biāo)量)度量,可以很容易地與單軸試驗的屈服應(yīng)力相比較.因此,如果知道應(yīng)力狀態(tài)和屈服準(zhǔn)則,程序就能確定是否會發(fā)生塑性應(yīng)變.塑性基礎(chǔ)…綜述…屈服準(zhǔn)則:一個常用的屈服準(zhǔn)則是vonMises屈服準(zhǔn)則,只要變形的內(nèi)能(等效應(yīng)力)超過一定值,就會發(fā)生屈服.VonMises等效應(yīng)力定義為:式中,?1,?2和?3是主應(yīng)力.當(dāng)?shù)刃?yīng)力超過材料的屈服應(yīng)力時發(fā)生屈服:Aco

5、mmonyieldcriterionisthevonMisesyieldcriterion.Yieldingbeginswhenevertheinternalenergyofdistortion(equivalentstress)exceedsacertainvalue.ThevonMisesequivalentstressisdefinedas:wheres1s2ands3aretheprincipalstresses.Yieldingoccurswhentheequivalentstressexceedstheyieldstressofthemate

6、rial:塑性基礎(chǔ)…綜述…屈服準(zhǔn)則:VonMises屈服準(zhǔn)則可以在主應(yīng)力空間圖示為:在三維中,屈服面是一個圓柱面,其軸為?1=?2=?3.在二維中,屈服準(zhǔn)則圖示為一個橢圓.任何在這個屈服面內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)都是彈性的,任何在此屈服面外的應(yīng)力狀態(tài)都將引起屈服.?2?1?1?3?2?1=?2=?3塑性基礎(chǔ)…綜述流動準(zhǔn)則:流動準(zhǔn)則規(guī)定發(fā)生屈服時塑性應(yīng)變的方向.也就是說,定義了單個塑性應(yīng)變分量(expl,eypl等)如何隨屈服發(fā)展.流動方程是從屈服準(zhǔn)則導(dǎo)出的,暗示塑性應(yīng)變沿垂直于屈服面的方向發(fā)展.這樣的流動準(zhǔn)則稱為相關(guān)流動準(zhǔn)則.如果采用其它的流動準(zhǔn)則(從不同的函數(shù)導(dǎo)出

7、),就稱為不相關(guān)流動準(zhǔn)則.塑性基礎(chǔ)…綜述強化規(guī)律:強化規(guī)律描述初始屈服準(zhǔn)則如何隨不斷發(fā)展的塑性應(yīng)變變化.強化規(guī)律描述在塑性流動過程中屈服面如何變化.如果繼續(xù)加載或者反向加載,強化規(guī)律確定材料何時將再次屈服.彈性塑性加載后的屈服面初始屈服面塑性基礎(chǔ)…綜述…強化規(guī)律:ANSYS所用的基本強化規(guī)律有兩個,用于規(guī)定屈服面的修正:?2初始屈服面?1后繼屈服面隨動強化.屈服面大小保持不變,并沿屈服方向平移.等向強化.屈服面隨塑性流動在所有方向均勻膨脹.?2初始屈服面?1后繼屈服面對于小應(yīng)變循環(huán)載荷,大多數(shù)材料顯示出隨動強化行為.塑性基礎(chǔ)…綜述隨動強化單軸試件隨動強化

8、的應(yīng)力-應(yīng)變行為是:???y2?y?’注意壓縮時的后繼屈服減小量等于拉伸時屈服應(yīng)