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简单弹塑性问题,滑移线和界限定理内容精要

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类似弹性力学,不是任何问题都可以得到解析解。后面章节通过对某些具体问题的分析,不仅说明塑性力学的求解方法,而且将有助于更深入地理解塑性力学理论。

塑性力学中的物理关系是非线性的,在具体求解边值问题时往往遇到数学上的困难。为此,塑性力学发展了许多行之有效的方法,比如第五章的静定问题、第六章的滑移线法和第七章的极限分析法。

第五章的静定问题又称简单问题,即塑性区应力分布由应力方程和应力边界条件完全确定,这里的应力方程包括平衡方程和应力屈服条件,因而不用使用非线性本构关系便能得到所求的应力未知量。塑性力学中一维问题大都属于这类问题,比如梁的弯曲、柱体的扭转、厚壁圆筒受压及厚壁圆球受压等问题。在求解这类问题时,一般都采用理想弹塑性模型。这类问题虽然简单,但在工程实际中却经常遇到,因此有应用价值。

第六章的滑移线介绍了理想刚塑性材料的平面应变问题的极限荷载确定方法。理想刚塑性材料平面应变问题的基本方程是一组拟线性偏微分方程组,依据偏微分方程理论将问题转化为建立滑移线场,由滑移线场的性质求应力场和速度场。这样就避免了采用非线性本构关系产生的困难。滑移线法将复杂的塑性力学问题转化成几何问题来分析,滑移线是可以实验验证的,因而在结构的极限分析中广泛应用。

   第七章的极值定理是求解塑性极限荷载的有效方法。求解满足边界条件的全部基本方程是非常困难的,若能找到满足一部分基本方程的解,又能对这些解的性质作出估计,这样的解是有意义的。塑性力学的基本方程分有两类:一类是静力条件,还有一类是功能条件。静力条件包括平衡方程、屈服条件和应力边界条件,这些条件中不含几何方面的要求,将满足静力条件的解称为静力解。用静力解求得的极限载荷一定不比完全解的极限载荷大,因此静力法又称下限法。第二类包括功能原理方程和几何边界条件,功能原理方程就是外力所做的功等于内部所耗散的功。不考虑静力条件的求解方法称为机动法,用机动法求得的极限载荷一般都不比完全解所求得的极限载荷小,因此机动法又称上限法。上限法中总可以按照某一种破坏机构根据力学中的虚功原理找出极限载荷的上限值,最合理的破坏模式是和实验结果一致的。当用上限定理和下限定理所求的极限载荷相等时,此解为完全解。

    

来源:力学AI有限元
非线性理论材料
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首次发布时间:2025-06-27
最近编辑:1年前
力学AI有限元
硕士 | 结构工程师 模拟仿真狂热爱好者
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Part1 创建⼏何模型(1)启动DesignModeler将建模单位设置为毫⽶,建模时默认使⽤XY平⾯作为草图绘制基准⾯,在XY平⾯上创建新草图,切换到草图绘制标签开始绘制。可以使⽤线、圆或圆弧命令来绘制⼏何形状。(2)绘制杯子部分截⾯直径标注为86mm,需要同时标注横向和纵向尺⼨约束创建:⾸先选择对称线,再选择对称两边的线,添加对称关系后尺⼨会显示为红⾊,可以删除多余尺⼨消除红⾊警告倒酒⼊⼝:需要单独标注⼊⼝尺⼨ 对称关系下只需标注⼀侧尺⼨在绘制杯的下半部分截⾯时候可以隐藏已完成草图避免⼲扰,先创建直线再创建圆弧更易操作,杯杆宽度为5mm,底部圆弧半径与上半部分重合,底部宽度为113mm,⻆度标注为15度约束处理:添加相切关系使曲线平滑,使⽤修剪命令去除多余线段,完全约束后线条显示为蓝⾊ Part2 ⽹格划分(1)材料设置: 上端表⾯设置为流体 下端表⾯设置为固体(2)全局设置: 单元尺⼨设置为2mm 注意单位默认为⽶,需更改为毫⽶(3)⽹格⽣成: 完成设置后点击⽣成命令 等待⽹格划分完成(4)⽅法选择: ⼏何结构选择为三⻆形⽹格 ⾃由⾯⽹格类型选择四边形/三⻆形(5)边界命名: ⼊⼝边线命名为inlet 出⼝边线命名为outlet 流体区域命名为fluid 固体壁⾯命名为solid(6)⽹格更新: 完成命名后点击更新 ⽹格可成功平移⾄Fluent中 Part3 启动Fluent应⽤程序(1)设置求解类型求解类型: 设置为瞬态(transient)分析重⼒设置: Y⽅向重⼒加速度为负值 −9.81m/s^2(2)物理模型粘性模型选择: 采⽤k-epsilon湍流模型具体设置:选择第4个选项"Realizable k-epsilon" 使⽤可扩展壁⾯函数(Scalable Wall Functions) (3)定义材料添加⽔材料:从Fluent数据库中找到"water-liquid (h2o<1>)" 点击复 制添加该材料材料属性:密度:998.2kg / m3粘度:0.001003kg / (m·s)⽐热容:4182J / (kg·K)热导率:0.6W / (m·K) (4)多项流模型采⽤VOF(Volume of Fluid)模型相设置: 主相(primary phase): ⽔(water) 次相(secondary phase): 空⽓(air)表⾯张⼒设置: 启⽤连续表⾯⼒模型 设置⽔-空⽓表⾯张⼒系数为0.072N / m(5)设置速度⼊⼝⼊⼝速度: 设置为0.4m / s 湍流设置: 湍流强度: 5% 湍流粘度⽐: 10 (6) 设置出⼝编辑条件出⼝类型: 压⼒出⼝(pressure-outlet)回流体积分数: 设置为1 ⼯作条件:操作密度⽅法: ⽤户定义 ⼯作密度:1.225kg/m3(7) 设置求解⽅法算法选择: PRESTO!算法 离散格式: 压⼒: PRESTO! 体积分数: Compressive格式 初始化设置: 标准初始化⽅法 湍流动能: 0 耗散率: 0 空⽓体积分数: 1(8) 求解设置时间步设置: 时间步数: 350 时间步⻓:0.005s 最⼤迭代数/时间步: 5 (9)结果显示:创建云图显示速度⼤⼩和体积分数 可调整显示范围和着⾊⽅式 来源:力学AI有限元

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