Mech_SNL_16.0_L04_率无关材料塑性.pdf

在有限元分析领域中，率无关材料塑性是指材料在塑性区域内表现出的力学行为与应力变化速率无关，这种材料在受到载荷作用时，只要应力超过了一定的临界值（屈服强度），就将发生塑性变形，且这种变形是不可逆的。在实际工程应用中，材料的塑性行为是设计和分析结构件时必须考虑的因素，特别是在那些可能受到严重负荷的机械部件和建筑结构的设计中。 弹塑性分析是研究材料在载荷作用下从弹性状态向塑性状态转变的一种分析方法。在弹性阶段，材料的应力和应变之间存在线性关系，符合虎克定律，即应力与应变成正比，卸载后变形完全恢复。当应力超过材料的屈服强度时，材料进入塑性变形阶段，此时即使卸载，也会发生不可恢复的永久变形。 金属塑性是指金属材料在受到外部力作用时，当应力超过其弹性极限时，产生永久变形的能力。塑性是金属材料对过载的一种重要响应行为，它对吸收能量和防止结构断裂具有至关重要的作用。塑性变形主要通过原子间的滑移来实现，这种滑移涉及到晶格结构之间的相对位移，而不产生体积应变，即塑性变形是不可压缩的。 结构的塑性响应通常通过单轴试验来测量，以获取材料的比例极限、屈服点和应变硬化等数据。比例极限是应力应变曲线中应力与应变线性关系的上限，屈服点则是材料开始发生塑性变形的点。应变硬化则是指材料在屈服后，随着应变的增加，屈服应力也逐渐增高的现象。 在多轴应力状态下，屈服准则用于描述多轴应力状态与单轴应力状态之间的关系。Von Mises屈服准则是一种广泛应用于描述金属塑性变形的准则，它假设当材料的Von Mises等效应力超过单轴屈服强度时，材料将进入屈服状态。该准则的数学表达是一个圆柱面，在三维主应力空间中，当应力状态位于这个圆柱面内部时，不会发生屈服。 塑性增量理论用来描述塑性区域内的材料力学行为，它基于应力和应变的增量关系。在塑性增量理论中，屈服准则、塑性流动准则和硬化准则是描述材料塑性行为的三大准则。其中，塑性流动准则是指材料在塑性变形过程中，应变增量的方向由应力增量的方向决定。硬化准则描述了材料的屈服面如何随塑性变形的增加而改变。 在进行有限元分析时，需要正确设置材料参数，包括材料的屈服强度、弹性模量、泊松比等，以便准确模拟材料在不同应力状态下的响应。此外，分析设置包括载荷和边界条件的施加、求解算法的选择等。在分析完成后，结果查看是验证分析准确性的重要步骤，通常涉及到应力分布、应变分布、塑性区域分布等的分析和解释。 率无关材料塑性是有限元分析中的一个重要领域，它不仅关系到结构的稳定性和安全性，也影响着材料的力学性能评估和结构设计的合理性。掌握弹塑性分析的基础知识，以及对屈服准则、流动准则和硬化准则的理解，对于从事机械设计、结构分析和材料科学等领域的工程师和技术人员来说是至关重要的。