弹塑性力学第十一章优秀PPT.ppt
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1、弹塑性力学第十一章2022/12/32022/12/31 1你现在浏览的是第一页,共123页11-1 11-1 金属材料的力学实验及几种简化力学模型金属材料的力学实验及几种简化力学模型1.11.1单向拉压实验:单向拉压实验:不同材料在单向拉压实验中,有不同的不同材料在单向拉压实验中,有不同的应力应变曲线。应力应变曲线。BAC so p e e pBAC so p esO 软钢软钢-合金钢合金钢 -2022/12/32022/12/32 2你现在浏览的是第二页,共123页11-1 11-1 金属材料的力学实验及几种简化力学模型金属材料的力学实验及几种简化力学模型当应力应变曲线在当应力应变曲线在O
2、A范围内变化,材料范围内变化,材料为弹性变化。当应力达到为弹性变化。当应力达到 s时(软钢有明显时(软钢有明显屈服发生屈服发生(AB段),合金钢无明显屈服发生)段),合金钢无明显屈服发生)将发生塑性变形。确定材料发生塑性变形的将发生塑性变形。确定材料发生塑性变形的条件为条件为BAC so p e e pBAC so p esO 软钢软钢 -合金钢合金钢 -2022/12/32022/12/33 3你现在浏览的是第三页,共123页11-1 11-1 金属材料的力学实验及几种简化力学模型金属材料的力学实验及几种简化力学模型f()=-s=0初始屈服条件(函数)初始屈服条件(函数)当软钢应力达到当软钢
3、应力达到A点后,软钢有明显屈服点后,软钢有明显屈服(塑性流动)阶段。(塑性流动)阶段。经过屈服阶段后,荷载可再次增加(称为经过屈服阶段后,荷载可再次增加(称为强化阶段,强化阶段,BC段),但强化阶段段),但强化阶段 增幅较少。增幅较少。BAC so p e e pBAC so p esO 软钢软钢-合金钢合金钢 -2022/12/32022/12/34 4你现在浏览的是第四页,共123页11-1 11-1 金属材料的力学实验及几种简化力学模型金属材料的力学实验及几种简化力学模型对于此种材料(有明显屈服流动,强化阶段对于此种材料(有明显屈服流动,强化阶段应力较少)屈服条件是不变的。当应力满足应力
4、较少)屈服条件是不变的。当应力满足屈服条件时,卸载将有残余变形,即塑性变屈服条件时,卸载将有残余变形,即塑性变形存在。卸载按线性弹性。形存在。卸载按线性弹性。BAC so p e e pBAC so p esO 软钢软钢-合金钢合金钢 -2022/12/32022/12/35 5你现在浏览的是第五页,共123页11-1 11-1 金属材料的力学实验及几种简化力学模型金属材料的力学实验及几种简化力学模型而而对对于于合合金金钢钢,无无明明显显屈屈服服,当当 s时时进进入入强强化化阶阶段段,在在加加载载即即发发生生弹弹性性变变形形和和塑塑性性变变形形,卸卸载载按按线线弹弹性性。对对于于强强化化特特性
5、性明明显显的的材材料料,由由O点点继继续续加加载载,在在OB段段又又是是线线性性弹弹性性变变化化,当当 达到达到B点再次发生塑性变形,点再次发生塑性变形,BAC so p esO -s=0后后继继屈屈服服函函数数 s=s(p)2022/12/32022/12/36 6你现在浏览的是第六页,共123页11-1 11-1 金属材料的力学实验及几种简化力学模型金属材料的力学实验及几种简化力学模型BAC sosO s包辛格效应包辛格效应当当卸卸载载后后,反反向向加加载载时时,有有些些金金属属材材料料反反映映出出反反向向加加载载的的屈屈服服极极限限ss 称称为为包辛格效应(包辛格效应(Bausching
6、er.J.德国人)。德国人)。2022/12/32022/12/37 7你现在浏览的是第七页,共123页11-1 11-1 金属材料的力学实验及几种简化力学模型金属材料的力学实验及几种简化力学模型小结:小结:(1)在弹性阶段)在弹性阶段(s):):=e应力应变关系一一应力应变关系一一对应。对应。(2)当应力达到初始屈服条件()当应力达到初始屈服条件(=s时),材料时),材料进入弹塑性阶段,进入弹塑性阶段,=e+p,应力应变关系不再,应力应变关系不再是一一对应关系,而要考虑加载变形历史。是一一对应关系,而要考虑加载变形历史。(3)对于有明显屈服流动且强化阶段较小的材料,)对于有明显屈服流动且强化
7、阶段较小的材料,屈服条件采用初始屈服条件。对于无明显屈服流屈服条件采用初始屈服条件。对于无明显屈服流动且强化阶段较高的材料,将有后继屈服函数产生。动且强化阶段较高的材料,将有后继屈服函数产生。(4 4)有些强化材料具有包辛格效应。)有些强化材料具有包辛格效应。2022/12/32022/12/38 8你现在浏览的是第八页,共123页11-1 11-1 金属材料的力学实验及几种简化力学模型金属材料的力学实验及几种简化力学模型1.2 1.2 常见的几种简化力学模型常见的几种简化力学模型 1.理想弹塑性模型:理想弹塑性模型:加载时:加载时:=E s =s s so s理想弹塑性模型理想弹塑性模型20
8、22/12/32022/12/39 9你现在浏览的是第九页,共123页11-1 11-1 金属材料的力学实验及几种简化力学模型金属材料的力学实验及几种简化力学模型2.2.线性强化弹塑性模型:线性强化弹塑性模型:加载时:加载时:=E s =E s+Et(-s)s so sEEt线性强化弹塑性模型线性强化弹塑性模型2022/12/32022/12/31010你现在浏览的是第十页,共123页11-1 11-1 金属材料的力学实验及几种简化力学模型金属材料的力学实验及几种简化力学模型在在实实际际问问题题中中,有有时时当当弹弹性性应应变变 e p塑塑性性应变,可忽略弹性变形。应变,可忽略弹性变形。上述两
9、种模型分别简化为:上述两种模型分别简化为:s时时,=0 so =s soEt s+Et 理想刚塑性模型理想刚塑性模型线性强化刚塑性模型线性强化刚塑性模型2022/12/32022/12/31111你现在浏览的是第十一页,共123页11-1 11-1 金属材料的力学实验及几种简化力学模型金属材料的力学实验及几种简化力学模型1.3金属材料在静水压力实验:金属材料在静水压力实验:前前人人(Bridgman)对对大大量量金金属属进进行行水水压压力力实实验验及及拉拉压和静水压力联合实验,得到下列结果:压和静水压力联合实验,得到下列结果:1.在在静静水水压压力力(高高压压)p 作作用用下下,金金属属体体积
10、积应应变变e=V/V=p/k成成正正比比,当当p达达到到或或超超过过金金属属材材料料的的 s时时,e与与p 仍仍成成正正比比;并并且且除除去去压压力力后后,体体积变化可以恢复,金属不发生塑性变形。积变化可以恢复,金属不发生塑性变形。2022/12/32022/12/31212你现在浏览的是第十二页,共123页11-1 11-1 金属材料的力学实验及几种简化力学模型金属材料的力学实验及几种简化力学模型2.金金属属受受静静水水压压力力和和拉拉压压联联合合作作用用与与金金属属单单独独受受拉拉压压作作用用比比较较,发发现现静静水水压压力力对对初初始始屈屈服服应应力力 s没有影响。没有影响。结论:静水压
11、力与塑性变形无关。结论:静水压力与塑性变形无关。2022/12/32022/12/31313你现在浏览的是第十三页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维问题弹塑性分析1.1.拉压杆的弹塑性问题拉压杆的弹塑性问题图示为两端固定的等图示为两端固定的等截面杆截面杆(超静定杆超静定杆),aPN2EAxN1b设材料为理想弹塑性材料设材料为理想弹塑性材料,在在x=a 处(处(b a)作用一)作用一逐渐增大的力逐渐增大的力P。平衡条件平衡条件 :N1+N2=P变形协调条件变形协调条件:a+b=0 so s理想弹塑性模型理想弹塑性模型2022/12/32022/12/31414你现在浏览的是第
12、十四页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维问题弹塑性分析(1 1)弹性解:)弹性解:当杆处于弹性阶段,杆两部分的伸长为当杆处于弹性阶段,杆两部分的伸长为代入变形协调方程为代入变形协调方程为或或由于由于b a,所以,所以N1 N2,将,将代入平衡方程。代入平衡方程。2022/12/32022/12/31515你现在浏览的是第十五页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维问题弹塑性分析得得最大弹性荷载最大弹性荷载 力力P作用点的伸长为作用点的伸长为2022/12/32022/12/31616你现在浏览的是第十六页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维
13、问题弹塑性分析(2)(2)弹塑性解弹塑性解P Pp p P P P Pe e:P=Pe后后,P 可可继继续续增增大大,而而N1=sA不不增增加加(a段进入塑性屈服,但段进入塑性屈服,但b 段仍处于弹性)段仍处于弹性)N2=P-N1=P-sA力力 P P 作用点的伸长取决于作用点的伸长取决于b b 段杆的变形段杆的变形2022/12/32022/12/31717你现在浏览的是第十七页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维问题弹塑性分析2022/12/32022/12/31818你现在浏览的是第十八页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维问题弹塑性分析(3)(3)塑
14、性解:塑性解:PPpPeeN1=sA,N2=sA这时杆件变形显著增加,丧失承载能力这时杆件变形显著增加,丧失承载能力则最大荷载则最大荷载Pp=2 sA极限荷载极限荷载2022/12/32022/12/31919你现在浏览的是第十九页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维问题弹塑性分析作业:图示桁架各杆截面面积为作业:图示桁架各杆截面面积为 A,A,材料为理想材料为理想弹塑性弹塑性 ,求求荷载荷载P 与与C点竖向位移点竖向位移 关系。关系。PABCDl2022/12/32022/12/32020你现在浏览的是第二十页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维问题弹塑性
15、分析-ss(1)(1)材料为理想弹塑性材料为理想弹塑性;xMM y2.2.梁的弹塑性弯曲梁的弹塑性弯曲 2.12.1假设假设:(2)(2)平截面假设平截面假设(适用适用于于l h);(3)(3)截面上正应力截面上正应力 x对变形影对变形影 响为主要的响为主要的;2022/12/32022/12/32121你现在浏览的是第二十一页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维问题弹塑性分析2.22.2梁具有两个对称轴截面的弹塑性弯曲梁具有两个对称轴截面的弹塑性弯曲:(1)(1)梁的弯矩梁的弯矩z ybh在线弹性阶段在线弹性阶段弹性极限状态(设矩形截面)弹性极限状态(设矩形截面):M=Me
16、在截面上在截面上y=h/2处,处,或或 最大弹性弯矩最大弹性弯矩xMM y2022/12/32022/12/32222你现在浏览的是第二十二页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维问题弹塑性分析h/2-+ssss-+y0y0y弹塑性阶段:弹塑性阶段:Mp M Me弯矩继续增大,截面上塑性区域向中间扩展,弯矩继续增大,截面上塑性区域向中间扩展,塑性区域内的应力保持不变,截面上弯矩为塑性区域内的应力保持不变,截面上弯矩为2022/12/32022/12/32323你现在浏览的是第二十三页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维问题弹塑性分析当当y0=h/2时:时:h/
17、2-+ssss-+y0y0y最大弹性弯矩最大弹性弯矩2022/12/32022/12/32424你现在浏览的是第二十四页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维问题弹塑性分析当当y0=0时:时:h/2-+ssss-+y0y0y-ss+极限弯矩极限弯矩2022/12/32022/12/32525你现在浏览的是第二十五页,共123页11-2 11-2 一维问题弹塑性分析一维问题弹塑性分析令令=Mp/Me=1.5(矩形截面)(矩形截面)截面形状系数截面形状系数。1.51.71.15-1.17截面形状截面形状2022/12/32022/12/32626你现在浏览的是第二十六页,共123页
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