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安定与棘轮失效

10月前浏览1532
01              
           
背景
           

    笔者两篇前作《材料的拉伸应力应变曲线》、《材料的压缩应力应变曲线》介绍了材料实测的应力应变关系

    在结构有限元分析中定义材料模型,需要对实测数据进行简化。常见有三种简化模型。

02              
           
等向强化和随动强化
           

    在塑性动力学中,由于一般会产生很大的塑性变形,理论分析会常用刚塑性材料模型。但在常规的静力学和动力学分析中,理想弹塑性和线性强化弹塑性更为常用。

    在循环载荷下,线性强化弹塑性又可以分为等向强化和随动强化。

    如果材料在一个方向上的强化会导致其它方向上也强化,比如材料拉伸工况下的强化导致了压缩工况的屈服强度提高,则称为等向强化,如下图所示。

果材料在一个方向上的强化会导致其它方向上弱化,比如材料拉伸工况下的强化导致了压缩工况的屈服强度降低,则称为随动强化,如下图所示。

03              
           
安定与棘轮失效            

03.1 理想弹塑性下讨论安定

    初始屈服后。

    1)只要后续应力不超过屈服强度,后续就不会出现塑性变形,对应于弹性安定。

    2)只要后续塑性应变不超过初始屈服应变,后续的塑性变形不会增大,对应于塑性安定。

    3)如果后续塑性应变超过初始屈服应变,后续的塑性变形不断增大,对应于棘轮失效。

03.2 等向强化下讨论安定

    对于等向强化,后继屈服强度总是大于初始屈服强度,所以如果要求塑性变形不断增大,则循环载荷必须一直增大。所以在等向强化下,不适合讨论安定。

03.3 随动强化下讨论安定

    对于随动强化,即使循环载荷幅值不变,塑性变形也可能会不断增大,出现棘轮失效。

    假设循环载荷导致的拉应力和压应力恒定为250MPa,材料初始屈服强度为200MPa,第一次拉伸到200MPa后开始屈服,当应力到达250MPa后反向压缩,到150MPa后材料第二次屈服,到达250MPa对应的塑性应变要大于初始的塑性应变,如此反复,在应力循环不变的情况下,塑性应变会一直增大,出现棘轮失效。

来源:华仿CAE
LS-DYNAWorkbenchDeformFKM静力学振动显式动力学新能源理论材料单元技术
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首次发布时间:2023-05-30
最近编辑:10月前
华仿CAE
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