弹塑性力学-6_弹塑性平面问题概述.ppt

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第六章 简单的弹塑性问题 §6.1 弹塑性边值问题的提法 §6.2 薄壁筒的拉扭联合变形 §6.5 柱体的弹塑性自由扭转 §6.6 受内压的厚壁圆筒 §6.7 旋转圆盘 相应的内压 即为厚壁筒的弹性极限压力 b)当弹性无限空间内的圆柱形孔洞受到内压作用时(例如对于有压隧洞),其内表面开始屈服时的压力值只与周围的材料的性质有关,而与孔洞的半径无关。 说明: a)若在弹性范围内设计,对给定的a 值,要提高筒所能承受的内压,就必须增加壁厚,但pe的值不可能超过 。在设计高压圆筒(如炮管)时应采取其他措施(如下面将要介绍的经过局部塑性变形使之产生有利的残余应力,以及装配有预应力的套筒等)来加以增强。 (6-127) 当 时,筒的内壁首先屈服。当 时,塑性区便由r=a逐渐向外扩张。 设弹性区和塑性区的交界处 r=c,下面分别对弹性区和塑性进行计算。 (1)弹性区 三、弹塑性解(理想塑性材料) 得出应力分布为 (6-129) 将内层塑性区对外层弹性区的压应力 看作作用于内径为c外径为b的弹性圆筒上的内压力。 利用弹性解的结果: 在r=c处,材料刚达到屈服,对外层弹性筒来说, (6-127)中的 应为 。 (6-124)中的 应写成 进而根据弹性区的本构方程求出 (2)塑性区 平衡方程为 同时,仍假定 为中间主应力,采用Tresca屈服条件: 将(6-132)代入(6-131)式得 积分一次,并利用边界条件 定常数,则 (6-130) (6-131) (6-132) 可见塑性区内的应力 只与厚壁筒内表面的边界条件有关,而与弹性区的应力场无关。 从而 确定c 与p 的关系: (3)弹塑性边界的确定 ) 应满足 的连续条件,即 根据弹塑性区交界处( (6-133) (6-133) 将(6-134)式代回(6-133)式得出 当c=b 时,塑性区扩展到整个圆筒,对应的外载 p 为厚壁筒的塑性极限压力: 塑性极限压力 却是无限的,即 时 在塑性极限状态下,周向应力 的最大值发生在筒外壁,它恰等于 (6-135) 可见,弹性极限压力 是有限的,即 时 (4)塑性极限状态 简单的弹塑性问题 第6章 塑性力学 简单的弹塑性问题 塑性力学 §6.1 弹塑性边值问题的提法 一、弹塑性全量理论边值问题 i) 在V内的平衡方程: ii) 在V内几何关系(应变-位移关系): iii) 在V内全量本构关系: (6-3) 边界Su 上给定位移 ,要求应力 ,应变 ,位移 ,它们满足 设在物体V内给定体力 ,在应力边界 ST 上给定面力Ti ,在位移 以下方程和边条件: v) 在 上位移边界条件: 二、弹塑性增量理论的边值问题 i) 在V内的平衡方程 其中 是 外法线的单位向量; 由此可见,弹塑性边值问题的全量理论提法同弹性边值问题的提法基本相同,不同仅在于引入了非线性的应力-应变关系(6-3)式。 iv) 在 上的应力边界条件: ii) 在V内的几何关系(应变位移的增量关系): iii) 在V内的增量本构关系: 弹性区: 塑性区: (6-9) (a) 对于理想塑性材料,屈服函数为 ,则 弹性区: 塑性区: (6-10) (b)对于等向强化材料,后继屈服函数为 ,则 iv)在ST 上的应力边界条件: v)在Su 上的位移边界条件: vi)弹塑性交界处的连接条件:如果交界面 的法向为ni ,则在 上有: (a)法向位移连续条件 (b)应力连续条件 上标(E)和(P)分别表示弹性区和塑性区。 §6.2 薄壁筒的拉扭联合变形 考察薄壁圆筒承受拉力P 和扭矩T 联合作用的弹塑性变形问题。采用圆柱坐标,取z 轴与筒轴重合。设壁厚为h ,筒的内外平均半径为R ,则筒内应力为: 其余应力分量均为0。因此,不但应力状态是均匀的,而且每一种外载(拉、扭)只与一个应力分量有关,调整P 和T 之间的比值,即可得到应力分量间的不同比例。 假设材料是不可压缩的(v =1/2)、理想塑性的Mises材料。采用以下无量纲量: 在弹性阶段,无量纲化的Hooke定律给出 (6-16) 进入塑性以后,Mises 屈服条件: 可化为: 下面按增量理论和全量理论求解这个问题,比较两种结果的异同。 对理想弹塑性材料,增量本构方程是 Prandtl-Reuses 关系,于是: 无量纲化后得到: 消去 得: 一、按增量理论求解 (6-19) (6-20) 由(6-18)式知 故 从(6-21)式中消去 和 ,就有: 同样地, 如果已知某时刻的初始状态(应力状态和应变状态)及

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