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常见的材料本构

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材料本构关系,即材料的应力——应变(Stress-Strain)关系

主要有 弹性、塑性、粘性及三者的组合,例如粘弹性、粘弹塑性材料等

非线性材料问题中的材料本构关系为非线性,如很多金属与非金属材料存在“率效应”:在不同的应变率下应力——应变关系是不同的,当高速变形时,结构表现得更“硬”一些,也就是在高应变率下的弹性模量更高,这种率效应反映了材料的粘性。

1、弹性材料本构

弹性材料,一般是指载荷的加载过程与卸载过程中,应力——应变关系曲线保持不变。

线弹性:加载与卸载曲线重合,应力——应变关系始终为线性,曲线斜率即为该材料的弹性模量。

超弹性:加载与卸载曲线也完全重合,但应力——应变关系为非线性,该材料本构常用来模拟橡胶材料。

2、弹塑性材料本构

单向应力-应变实验曲线的特征:

弹塑性材料在加载段应力与应变近似为线性,当应力大于屈服应力σs时,材料进入塑性,此后如果继续加载,应力——应变关系仍可近似为线性,但是斜率发生变化。

卸载时,卸载曲线与加载段曲线斜率相同,这样当完全卸载后,材料将保留永久的塑性变形εp。

*硬化材料的屈服准则(材料硬化规律)

•初始屈服准则 σ=σs

•后继屈服准则σ=σ* 

当材料产生硬化后,屈服准则将发生变化,在变形过程的每一瞬时都有一个后继屈服点。后继屈服点的变化是很复杂的,它与材料的硬化(强化)规律有关。

有五种硬化模型(规律)得到广泛应用。它们是:

各向同性强化模型; 随动强化模型;

线性强化模型; 幂指数强化模型; 理想塑性模型和刚塑性模型。

①各向同性强化模型

材料硬化后仍保持各向同性(该模型不能反映Bauschinger效应)

Bauschinger效应:实验表明:如果材料从塑性段某点卸载到应力为零点后反向加载,应力在低于 初始屈服极限σs数值,就开始屈服,这种 现象称Bauschinger效应。

②随动强化模型

材料从塑性段的某点B(σ*)开始卸载,一旦降至2σs时,材料就开始反向屈服,以后按塑性加载段规律流动(沿与AB段一样的硬化曲线A’B’流动,曲线AB与A’B’间 相距始终为2σs)

随动强化模型认为后继屈服在塑性变形方向作刚性平行移动。

材料在塑性变形方向屈服极限增加了;而在其相反方向屈服极限降低了。因此该模型能反映Bauschinger效应。

 ③线性硬化模型

以某一直线段ABD代替塑性曲线段,如图所示。有双线性模型、多段线性模型。

④幂指数强化模型

以某一幂指数曲线段ABD代替塑性曲线段,如图所示。

⑤理想塑性模型和刚塑性模型

理想塑性模型

刚塑性模型(弹性变形很小,可不计) 

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来源:CAE之家
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首次发布时间:2025-06-11
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