第3章-工程材料的本构关系ppt课件.ppt

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1、第3章工程材料的本构关系1.概述描述工程材料作用与其作用效应之间的数学表达式称为材料的本构关系或本构方程。连续介质模型：将微观上由无数分子组成的物体在宏观上视作由大量质点组成的连续介质。即质点具有宏观充分小、微观充分大的特点。弹性、塑性和粘性是连续介质的三种基本性质。理想的弹性模型、理想的塑性模型（刚塑性模型）和理想的粘性模型是分别与这三种性质相应的理想模型。迄今建立的工程材料的本构模型主要有：弹性模型；弹塑性模型；粘弹塑性模型；损伤模型；内蕴时间塑性模型。在线弹性力学分析中，均假定材料的本构关系为理想的线弹性体，即符合虎克定律。材料本构关

2、系的非线性将导致结构的受力行为表现出非线性，这种非线性称为结构的物理非线性或材料非线性。2.材料的弹性、塑性、粘性以及线性和非线性材料的弹性和塑性应力为σ时的总应变ε，ε＝εe+εpεe－弹性变形，卸载后可恢复的变形；εp－塑性变形，卸载后不可恢复的变形。材料的弹性变形与加载过程和时间无关。材料的塑性变形与时间无关，但与加载过程有关。材料的粘性粘性是流体的基本特性。当流体一旦运动，流体内部就具有抵抗剪切变形的特性，流体内部以内摩擦力的形式抵抗流层之间的相对运动，流体的这种特性即为运动流体的粘性。固体材料的粘性反映的是固体材料内部质点的粘性

3、流动。材料的粘性变形是指受力后材料产生的不可回复的且与时间有关的变形。弹性材料线弹性材料非线性弹性材料塑性材料－理想(刚)塑性材料弹塑性材料理想的弹塑性模型线性强化的弹塑性模型粘性材料理想粘性材料粘弹性材料线性粘弹性材料弹性粘弹性非线性粘弹性材料弹性粘弹性粘塑性和粘弹塑材料当材料仅在塑性阶段才表现出明显粘性时，称为粘塑性材料；当材料在弹性阶段和塑性阶段均表现出明显粘性时，称为粘弹塑性材料。三种基本元件弹性元件－Hooke体或弹簧元件；塑性元件－St.Venant体或滑块元件；粘性元件－Newton体或阻尼元件。三种基本元件中的两个或三个的不

4、同组合即可刻划出不同的本构关系。3.混凝土单向受压时的本构关系混凝土强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。不同强度混凝土的应力－应变关系曲线特征-采用无量纲坐标x=e/e0，y=s/fc，dy①x=0，y=0，dEs/E0x=②0≤x≤1，0dd22£xy③x=1，0dd=xy，y=1④拐点D，22ddxyxd=0，xd≥1⑤曲率最大点E，33ddxyxe=0，xe>xd⑥当x→∞时，y→0，0dd=xy⑦x≥0，

5、0≤y≤1混凝土应力-应变全曲线的几何特征混凝土的弹性模量原点切线模量割线模量瞬时切线模量弹性系数n随应力增大而减小：n=1~0.5Hognestad建议的应力-应变曲线Rush建议的应力-应变曲线00.0020.0035fcsee0eu孙文达建议的公式《混凝土结构规范（GB50010-2002)》应力-应变关系-1上升段：下降段：过镇海提出的应力-应变全曲线表达式a=Es/E0，E0为初始弹性模量；Es为峰值点时的割线模量，为满足条件①和②，一般应有1.5≤a≤3；ac为下降段参数Saenz建议的公式Desayi建议的公式Sargin建议

6、的公式梅村魁建议的公式4.混凝土单向受拉时的本构关系Hillerborg建议的双折线式2008001.0朱伯龙建议的公式刘南科建议的公式《混凝土结构设计规范（GB50010－2002）》建议的公式线性式双折线式－1双折线式－25.钢筋受拉和受压时的本构关系有明显屈服点钢筋（软钢）的实测应力-应变曲线a’为比例极限，s=Esea为弹性极限de为强化段b为屈服上限c为屈服下限，即屈服强度fycd为屈服台阶e为极限抗拉强度fusea’abcdefufyf有明显屈服点钢筋（软钢）应力-应变关系的数学模型一般可采用双线性理想的弹－塑性关系或线性强化的

7、弹－塑性关系1Es带线性强化的弹－塑性关系带屈服平台和线性强化段的弹－塑性关系无明显屈服点钢筋（硬钢）的应力－应变曲线a点：比例极限，约为0.65fua点前：应力-应变关系为线弹性a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点条件屈服点σ0.2，残余应变为0.2%所对应的应力《规范》取σ0.2＝0.85fuRamberg-Osgood曲线黄成若等建议的曲线Blakeley建议的曲线工程材料的本构关系述评本构关系模型及数学表达形式；多轴受力下材料的本构关系及破坏准则；重复加载下材料的本构关系及破坏准则；反复加载下材料的本构

8、关系及破坏准则；高速加载（冲击荷载）下材料的本构关系及破坏准则。