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伸展性物体在外力作用下发生变形的性质

伸展性物体基本概念与特性

外力作用下变形行为描述

应力-应变关系及本构模型建立

数值模拟方法在伸展性物体变形中应用

实验测试技术与方法探讨

工程应用案例分析及启示

contents

目

录

01

伸展性物体基本概念与特性

伸展性物体定义

指在外力作用下能够发生变形，且变形后可恢复或部分恢复的物体。

分类

根据变形性质可分为弹性变形物体和塑性变形物体。

弹性模量

描述物体抵抗弹性变形的能力，弹性模量越大，物体刚度越大。

屈服强度

表示物体开始发生塑性变形的应力值，屈服强度越高，物体越难发生塑性变形。

延伸率

物体在拉伸过程中，长度增加量与原始长度之比，延伸率越大，物体塑性越好。

高温下原子热运动加剧，导致材料强度降低、延伸率增加。

温度

快速加载时，材料来不及发生充分的塑性变形就已经断裂。

应变速率

不同成分和组织的材料具有不同的力学性能和变形行为。

材料成分与组织

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外力作用下变形行为描述

塑性变形定义

当外力继续增大，超过物体的弹性极限时，物体发生的不可恢复的永久变形。

塑性变形特点

变形不可逆，产生残余变形，不符合胡克定律。

屈服点

物体开始产生塑性变形的应力值，标志着弹性变形阶段结束和塑性变形阶段开始。

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应力-应变关系及本构模型建立

弹性阶段

屈服阶段

强化阶段

局部变形阶段

应力与应变呈线性关系，符合胡克定律。

材料在塑性变形过程中，随着应变的增加，应力也逐渐增加，材料的抗变形能力得到提高。

应力超过弹性极限后，材料开始产生塑性变形，应力-应变曲线出现平台或拐点。

当应力达到强度极限后，材料在局部区域产生集中变形，最终导致断裂。

弹性力学基本假设

物体是连续的、完全弹性的、各向同性的。

应力与应变关系

在弹性范围内，应力与应变成正比，比例常数称为弹性模量。

根据弹性力学基本假设和应力-应变关系，可以推导出物体在弹性范围内的本构方程。

本构关系推导

塑性力学基本假设

01

物体是连续的、塑性的、各向同性的。

应力与应变关系

02

在塑性范围内，应力与应变不再成线性关系，而是呈现出复杂的非线性关系。

本构关系推导

03

根据塑性力学基本假设和应力-应变关系，可以推导出物体在塑性范围内的本构方程。这通常涉及到屈服准则、流动法则和硬化法则等概念。

04

数值模拟方法在伸展性物体变形中应用

基于变分原理和加权余量法，将连续的求解域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体。

通过求解这个离散的有限自由度问题得到原问题的近似解。

每个单元内的待求量用近似函数来分片表示，从而将一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。

专门解决不连续介质问题的数值模拟方法，将研究对象分离为刚性元素的集合，使物体用刚性元素的组合来近似。

相邻两元素在法向方向上的接触力由两元素的重叠量确定，切向力由两元素的相对位移确定。

通过迭代计算，得到每个时刻各个元素的速度、位移、加速度等物理量，进而得到整个研究对象的宏观运动形态。

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基于点的近似，不需要网格的初始化，可以彻底或部分地消除网格，不需要网格的重新划分。

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计算结果是光滑连续的，精度高，而且稳定性好。

在涉及网格畸变、网格移动等数值计算困难问题中显示出明显的优势。

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实验测试技术与方法探讨

通过对试样施加拉伸载荷，测量其变形和断裂过程中的力学性能参数。

试验原理

拉伸试验机，包括加载系统、测量系统和控制系统。

试验设备

准备试样、安装试样、施加拉伸载荷、记录变形和断裂数据、分析试验结果。

试验步骤

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试验步骤

准备试样、安装试样、施加压缩载荷、记录变形和破坏数据、分析试验结果。

01

试验原理

通过对试样施加压缩载荷，测量其在压缩过程中的力学性能参数。

02

试验设备

压缩试验机，包括加载系统、测量系统和控制系统。

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工程应用案例分析及启示

材料选择

高强度钢、铝合金、碳纤维等轻质材料的应用，需在保证安全性的前提下实现减重。

结构优化

通过拓扑优化、形状优化等方法，实现零部件的轻量化设计。

制造工艺

采用先进的制造工艺，如激光焊接、热成型等，提高生产效率和产品质量。

超材料特性

具有负折射率、隐身斗篷等超常物理特性的超材料，为航空航天领域带来创新突破。

仿生材料具有良好的生物相容性，可用于制造医疗器械、人工器官等。

生物相容性

仿生材料可模拟细胞外基质，为组织工程提供理想的生长环境。

组织工程

仿生材料可作为药物载体，实现药物的定向传递和缓释，提高治疗效果。

药物传递

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