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1、塑性基础第六章6.塑性基础什么是塑性?当韧性材料经历了超过弹性极限的应力,将发生屈服,获得大而永久的变形.塑性指超过屈服极限的材料响应.塑性响应对于金属成型加工是重要的.对于使用中的结构,塑性作为能量吸收机构很重要.材料几乎没有塑性变形就断裂,称为脆性.很多方面,韧性响应比脆性响应更安全.塑性是最常用的ANSYS材料非线性.…塑性基础本章将通过如下主题简要介绍塑性材料非线性基础:A.综述B.建模C.求解D.后处理目的是了解如何在ANSYS模型中包括基本塑性选项.另外,更高级的塑性选项,和其他材料非线性(如蠕变
2、和超弹性)都在高级结构非线性培训手册中讨论.塑性基础A.综述塑性是一种在施加载荷的作用下,材料发生永久变形(不可逆的塑性应变发展)材料行为.低碳钢的应力应变曲线(夸大的)弹性理想塑性应变强化上屈服点破坏塑性基础…综述结构的塑性响应(典型地,是由于多轴应力状态)基于单轴试验试样的结果.基于单轴应力-应变试验的结果,可以得到如下信息:比例极限.屈服点.应变强化.塑性基础…综述比例极限和屈服点大多数韧性金属在一个称为比例极限的应力水平下表现出线性行为.在比例极限以下,应力和应变线性相关.另外,在称为屈服点的应力
3、水平以下,应力-应变响应为弹性.在屈服点以下,卸载后,发生的任何应变都是完全可恢复的.比例极限屈服点塑性基础…综述…比例极限和屈服点:因为通常屈服点和比例极限之间差别很小,ANSYS程序总是假定它们是相同.屈服点以下的应力-应变曲线部分称为弹性区,屈服点以上的部分称为塑性区.屈服点弹性塑性塑性基础…综述应变强化屈服后的行为典型地刻划为弹性-理想塑性或应变强化行为.应变强化是一种材料响应,当超过初始屈服点以后,随着应变的增大,屈服应力增大.弹性-理想塑性应变强化yyyy单轴应力-应变曲线
4、塑性基础…综述增量塑性理论给出一种描述应力增量和应变增量(D和De)的数学关系,用于表示塑性范围内的材料行为.在增量塑性理论中,有三个基本组成部分:屈服准则.流动准则.强化规律.塑性基础…综述屈服准则对于单向拉伸是试件,通过比较轴向应力与材料屈服应力可以确定是否屈服.然而,对于多向应力状态,有必要去定义一个屈服准则.屈服准则是应力状态的单值(标量)度量,可以很容易地与单轴试验的屈服应力相比较.因此,如果知道应力状态和屈服准则,程序就能确定是否会发生塑性应变.塑性基础…综述…屈服准则:一个常用的屈服准则是vo
5、nMises屈服准则,只要变形的内能(等效应力)超过一定值,就会发生屈服.VonMises等效应力定义为:式中,1,2和3是主应力.当等效应力超过材料的屈服应力时发生屈服:AcommonyieldcriterionisthevonMisesyieldcriterion.Yieldingbeginswhenevertheinternalenergyofdistortion(equivalentstress)exceedsacertainvalue.ThevonMisesequivalentstressis
6、definedas:wheres1s2ands3aretheprincipalstresses.Yieldingoccurswhentheequivalentstressexceedstheyieldstressofthematerial:塑性基础…综述…屈服准则:VonMises屈服准则可以在主应力空间图示为:在三维中,屈服面是一个圆柱面,其轴为1=2=3.在二维中,屈服准则图示为一个椭圆.任何在这个屈服面内的应力状态都是弹性的,任何在此屈服面外的应力状态都将引起屈服.211321=2=
7、3塑性基础…综述流动准则:流动准则规定发生屈服时塑性应变的方向.也就是说,定义了单个塑性应变分量(expl,eypl等)如何随屈服发展.流动方程是从屈服准则导出的,暗示塑性应变沿垂直于屈服面的方向发展.这样的流动准则称为相关流动准则.如果采用其它的流动准则(从不同的函数导出),就称为不相关流动准则.塑性基础…综述强化规律:强化规律描述初始屈服准则如何随不断发展的塑性应变变化.强化规律描述在塑性流动过程中屈服面如何变化.如果继续加载或者反向加载,强化规律确定材料何时将再次屈服.弹性塑性加载后的屈服面初始屈服面
8、塑性基础…综述…强化规律:ANSYS所用的基本强化规律有两个,用于规定屈服面的修正:2初始屈服面1后继屈服面随动强化.屈服面大小保持不变,并沿屈服方向平移.等向强化.屈服面随塑性流动在所有方向均匀膨胀.2初始屈服面1后继屈服面对于小应变循环载荷,大多数材料显示出随动强化行为.塑性基础…综述随动强化单轴试件随动强化的应力-应变行为是:y2y’注意压缩时的后继屈服减小量等于拉伸时屈服应
