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。
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。
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)