首页/文章/ 详情

12-《真实/工程应力-应变曲线》

11小时前浏览3

    在《材料力学》中,用应力和应变来表征材料强度和变形能力,通过拉伸试验可以测量试件的强度或其他相关的力学性能。

    以下是拉伸试验的整个过程,缓慢拉动一个材料试样,直至其发生断裂。此时获得的结果就是整个试验的应力-应变曲线图。


单轴拉伸试验


应力-应变曲线


    那么上述曲线是真实应力-应变曲线还是工程应力-应变曲线呢?先说答案:是工程应力-应变曲线。


【1】真实/工程应力-应变的区别

真实应力和工程应力的主要区别是:

    是否考虑材料受载之后截面的变化。真实应力考虑截面面积的变化,为实际变化过程中的截面面积A1;工程应力则不考虑截面面积的变化,为初始截面面积A0。

    材料力学中应力定义为:为力除以面积,即单位面积上的内力。

    由于区别在于是否考虑面积的变化,所以两者去应力-应变曲线不同。


【2】工程应力-应变

工程应力-不考虑材料受载之后截面的变化。

   工程应力:施加的外力除以样件最初的受力面积,也称为名义应力。何为名义,是提前假定结构的横截面面积在外部荷载作用下不会发生变化,也即不考虑泊松效应基于原结构尺寸,所以称之为名义应力。

   工程应变:样件的伸长变化量除以初始的样件的长度,也称为名义应变。

   优点:测试时容易计算和使用;也可以为计算弹性模量、屈服强度、抗拉强度等材料强度提供参量。

   缺点:忽略了样品在试验过程中的实际尺寸变化导致掩盖了材料的应变强化效应


【3】真实应力-应变

真实应力-考虑材料受载之后截面的变化。

    真实应力:施加的外力除以样件真实的受力面积(处于受力状态下的部件,随时间的变化,原始的截面(A0)会随载荷的增加而变小)。

    真实应变:微小材料元素承受应力时所产生的变形强度的叠加量。假定样件初始长度为L0,最终长度为L1,样件中间经历的过程的长度为L01L02…Ln-1 ,Ln,真实的应变是每一微小步应变之和,即:

    真实应力-应变曲线能更好的表现材料的真实物理性能。


【4】真实/工程应力-应变的关系

   真实应力和工程应力的关系如下:

   真实应变和工程应变的关系如下:


金属应力-应变曲线


  在弹性区间:

    由于变形前后体积不变,其真实应力等于工程应力,真实应变等于工程应变。

  在塑性区间:

工程应力-工程应变:

    当载荷达到材料的抗拉强度,由于产生颈缩应力开始出现下降,直至完全断裂。

真实应力-应变曲线:

    在载荷达到材料的抗拉强度之后应力继续上升直至断裂,这说明金属在塑性变形过程中不断地发生加工硬化,在出现缩颈之后,真实应力仍在升高。



     

     
END
     

        

来源:CAE碰撞仿真指导
断裂材料试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-06-24
最近编辑:11小时前
CAE碰撞仿真指导
本科 | CAE高级仿真工... CAE 碰撞仿真指导
获赞 6粉丝 5文章 26课程 0
点赞
收藏
作者推荐

09.应变率

应变率是材料相对于时间的应变(变形)的变化,其定义由美国冶金学家Jade LeCocq于1867年首次引入,其定义为“应变发生率,是应变变化的时间率”。在物理学中,应变速率通常被定义为应变相对于时间的导数。应变率是表征材料变形速度的一种度量,应变对时间的导数。【1】定义应变定义:L0其中是原始长度,L(t)是每个时间t的长度。应变率定义:应变率是应变对时间的导数,表征材料变形速度的一种度量。其中v(t)是端部彼此远离的速度。单位:应变是一个无量纲,应变率的单位是时间的倒数(s-1)。【2】分类 准静态应变率:10E-5~10E-2/s(材料的力学性能没有明显的变化) 中应变率:10E-2~10E2/s 高应变率:10E2~10E4/s 超高应变率:10E4~10E6/s 提高载荷的加载速度,可以提高材料的应变率。影响材料动态力学性能的因素实际上和准静态下是一样的,无外乎是成分、组织以及缺陷运动等等。但是,需要指出的是,在高应变率(动态加载)下,材料的变形是一个绝热状态,需考虑绝热温升对材料的软化作用。车辆碰撞分析的应变率范围约为0.001/s~1000/s,0.001/s应变率视为准静态。【3】LS-DYNA定义方法 对于弹塑性材料来说,应变的变化快慢会影响材料的塑性行为,高应变率会导致材料的动力硬化行为,这种情况下必须考虑应变率对材料的影响。高速碰撞LS-DYNA提供4种常用方式来考虑应变率的影响,如下: ●Cowper-Symonds方式 ●幂指数方式 ●屈服应力为应变率的数方式 ●不同应变率的硬化曲线以表的方式输人,当然还可应用其它的公式来考虑应变率的影响,如JOHNSON-COOK方式,如MAT15。1.Cowper-Symonds方式屈服应力通过下面的公式来计算: C和P为用户定义的应变率参数,如对于某种钢来说可定义它们为40和6,对各种材料应变率参数的确定可参考相关材料手册。2.幂指数方式考虑应变率影响的屈服应力由下面公式确定:用户定义应变率参数n。3.屈服应力为应变率的函数方式定义一条曲线说明屈服应力(有时是屈服应力缩放因子)与应变率的关系,如图。4. 不同应变率的硬化曲线以表的方式输人 即把不同应变率下的有效应力应变曲线以表的方式输人,来考虑应变率的影响如图所示。应力-应变曲线 缺省状态下,考虑应变率的影响都是缩放屈服应力方式,通过设置参数VP= 1(在所有考虑应变率影响的材料模型中都有该参数)来激活粘塑性公式,结合缩放屈服应力方式处理应变率的影响。建议在大多数的应用中使用该方式,因为加入粘性公式可以减少考虑应变率时的响应噪声,并保证在不同硬件平台上结果的一致性,当然也会增加一定的CPU开销。 上面提到的几种材料模型都可考虑应变率的影响,此外还有一种材料可以很方便地考虑应变率的影响:19号材料MAT_STRAIN_RATE_DEFENDENT_PLASTICITY,该材料模型不仅可以考虑应变率对屈服应力的影响,还可以考虑应变率对弹性模量、切线模量和Von Mises失效应力的影响。 END 来源:CAE碰撞仿真指导

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈