上次讲屈服准则的时候其实假设了,而在主应力体系下完整的表示MC准则的屈服面其实也可以用以下的方式进行表示(不进行上述假定):
通过这样的方式,我们定义了空间中6个屈服面,完整的MC屈服面长这样:
然后我们就可以根据屈服面的定义来,确定流动方向,跟上次讲到的Mises模型类似,如果采用associative 的流动方向 (屈服函数与塑性势能函数取同一个),我们可以得到如下的流动方向:
其他的几个屈服面依此类推,得到 ,那么对应相应的屈服面,我们塑性应变的变化率,或者说 就可以表示为:
那么这么做有啥问题没有?答案是有问题的,因为呢由于上面式子中 且 ,那么上述的流动方向就会造成体积应变的增加,大家可以看到,式子中存在的
都会造成塑性分量的trace(迹)的增加,也就是存在体积应变的增加,这种体积应变的增加往往会使得膨胀过量 (与真实值严重不符),那科学家们就想到一个办法(我也不知道怎么想到的,可能是猜到的),那就是将上面的式子中的摩擦角 替换为膨胀角 ,这就是一套这个不行就换一个的原则,but it works. 因此呢也就形成了一套non-associative的塑性理论,也就是流动方向是由塑性势函数得出,而塑性势函数并不等于屈服函数,那么现在我们的塑性流动方向就变成了
一般来说膨胀角 会取得比摩擦角 小很多,这样 , 也就解决了过度膨胀的问题。这也就是为啥Abaqus中会需要大家输入膨胀角(Dilation Angle)的原因。
那么确定了流动方向,我们就可以像Mises塑性一样得其应力增量与应变增量的关系:
其中 与 分别对应着塑性势函数对应力的偏导,与屈服函数对应力的偏导,也就是前边的 与 , 然后确定了这些后,大家就可以利用与Mises塑性中同样的方式得到切线刚度矩阵,进行非线性求解。但这里值得注意的一点是由于 , 所以现在的切线刚度矩阵也并不对称,需要切换成不对称矩阵的求解器,也就是别再用ldlt,pcg这类求解器了!
最后大家可能会有个疑问,那屈服面现在是个棱锥,那流动方向在边上、在角上咋求(那里也不可微啊!),我们今天先到这,下次继续补充这部分的内容。
Note:计算材料是我非常讨厌的一个领域,公式复杂不说,还有各种前人提出来的小技巧,为了好算、为了能算,你说有逻辑吧也有,但不多。后续我可以开个专栏,专门评论一下材料计算中的诸多“近似”与前人们的“奇淫巧计”。