第四讲 流体弹塑性模型课件

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1、第四讲流体弹塑性模型2009.10.19流体弹塑性基本概念状态方程导引弹塑性应力应变关系流体弹塑性方程组实例介绍流体弹塑性模型1.流体弹塑性基本概念物质的状态固体：组成它的原子或分子有规则的排列，原子只能在其平衡位置附近作微小振动。液体：组成它的原子或分子有规则的排列，分子能在较大范围运动。气体：组成它的分子是完全无序的，分子的运动非常自由。1.流体弹塑性基本概念（续）物质相态特征固体：具有一定的外形和强度。液体：能保持一定的体积，具有表面张力。在微小切应力作用下，立即产生流动。气体：总是充满整个容器，在微小切应力作用下产生流动。流体：液体和气体的总称。1.流体弹塑性基本概念（续）

2、物质相态的改变改变的条件压强或温度。相变类型第一类相变：伴随着相变潜热和体积跃变。如：固固相变、固夜相变、以及一般的气液相变等。第二类相变：没有相变潜热和体积跃变，但是有比热等的变化。如：铁磁体转变为顺磁体，二元合金中的有序无序转变，金属转变为超导态，液态氦转变为超流态等。1.流体弹塑性基本概念（续）燃烧、爆炸条件爆炸中心及其附近（流体情况）温度：可以达到3000K。压力：超过10～30GPa或更高离开爆炸中心一定距离（固体情况）温度、压力下降，随着距离的增加，压力逐渐衰减为材料强度的量级或更低。燃烧、爆炸作用下介质的状态流体状态－－塑性状态－－弹性状态1.流体弹塑性基本概念（续）介

3、质作用过程状态特征类型Y(MPa)p(MPa)Y/p备注地下核爆炸5×1021065×10-4p表示初压土岩爆破10～5×1025×1032×10-3～10-1p表示初压爆炸硬化10310410-1p表示炸药的爆压陨石碰撞102～5×102105～10610-3～5×10-4p表示初始激波压力：p=ρUu，U为激波波速，u为质点速度跃变值破甲103104～3×10510-1～3×10-3p表示特征动压穿甲1035×1032×10-1p表示特征动压爆炸焊接103104～5×10410-1～2×10-2p表示特征动压1.流体弹塑性基本概念（续）流体弹塑性概念的提出分区模型各物质状态区分别

4、建模描述（近区：流体区，远区：固体区）各分区间建立界面条件分区模型的不足人为划分方法，引入较多不确定因素。流体弹塑性模型基本概念把通常的介质当作兼有流体性质和弹塑性或粘弹塑性固体性质的连续介质。1.流体弹塑性基本概念（续）流体弹塑性主要参量特征屈服极限Y特征压力片p或特征动压ρv2/2它们的比值Y/p流体弹塑性体的运动特点：塑性应力所做的功使介质温度显著升高，相应地引起压力和密度的变化，从而造成剪切变形和体积变形的相互耦合，以及机械效应和热效应的相互耦合；温度、压力和应变率的变化往往对屈服极限发生影响。1.流体弹塑性基本概念（续）流体弹塑性模型的内容模型融合了流体性质（体变）和固体性

5、质（主要是畸变）以及固体变形的弹性和塑性两方面的内容模型假设：1。应力和应变由体变和畸变两部分组成2。应变有弹性和塑性两部分3。描写流体性质的状态量服从“状态方程”。4。描写固体性质的状态量服从“弹塑性盈利——应变关系”，包括弹性-屈服-塑性三部分2.状态方程导引状态方程的概念通常是指物体的PVT关系，即压强P、体积V、温度T之间的函数关系。有时除上述关系外，还将内能函数E(V、T)包括在内。状态方程的建立理论模型－－通过量子力学和统计物理的概念和方法从原子、分子运动角度建立模型。工程理论－－在部分理论模型的基础上确定状态方程的基本形式，通过实验研究确定参数。2.状态方程导引（续）状

6、态方程的使用要求1。在计算具体物质的状态方程时，要恰当选择理论模型和计算方法。2。由于实际问题中物质可能出现几种状态，要运用几种理论模型来给出状态方程。3。实际计算中，状态方程应有尽可能简单的形式，最好是不同的物态能用一个统一的形式表达。2.状态方程导引（续）确定状态方程的具体步骤1。区别材料类型2。划分状态区域及选取理论模型和计算方法3。收集实验数据4。确定参数5。计算数据和分析结果2.状态方程导引（续）区分材料类型a。密实程度：密实材料和疏松材料b。导电性能：金属材料和非金属材料c。化学成分：单质材料和复合材料（复合材料：混合物和化合物）d。原子量：重材料和轻材料e。聚集状态：气

7、态、液态、固态（介于固态与液态之间的玻璃态）2.状态方程导引（续）区分材料类型（续）不同材料类型状态方程理论模型的差别a。对于疏松材料，由于热效应显著，需要仔细考虑状态方程中的点阵项及电子项。b。对于金属材料的电子贡献采用自由电子模型，而非金属材料只能采用半导体模型或其它模型。c。对于混合物，体积相加模型常被用来计算高压混合物物态方程，虽然对于低压范围缺乏实验数据，对于很多混合物，相加模型还是相当可靠。2.状态方程导引（续）区分材料类型（续）e。对于重材料