《塑性分析技术》课件

塑性分析技术欢迎来到塑性分析技术的课程，本课程将带领大家深入了解塑性分析技术的基本原理、方法和应用课程目标与学习要求课程目标学习要求本课程旨在使学生掌握塑性分析技术的基本理论和应用方法学生应积极参与课堂讨论，完成作业，并能够独立完成塑性，并能应用这些知识解决实际工程问题分析的计算和建模塑性力学的历史发展世纪末191塑性力学作为一门独立学科开始发展，主要研究材料在塑性变形下的行为世纪初202提出了塑性力学的基本概念，如屈服准则、塑性流动法则等世纪中叶203随着计算机技术的发展，塑性分析技术得到了广泛应用，如有限元法世纪214塑性分析技术不断发展，应用范围越来越广泛，例如金属成形、结构抗震分析等塑性分析的基本概念塑性变形屈服极限材料在超过屈服极限后，发生永久变形，即使去除外力也不会材料开始发生塑性变形的应力值恢复到原状应力应变曲线屈服准则描述材料在不同应力下的应变变化关系判断材料发生塑性变形的条件塑性与弹性的区别弹性变形塑性变形材料在去除外力后可以完全恢复到原状，变形与应力成正比材料在去除外力后会保留一部分变形，变形与应力之间是非线性的应力与应变的基本关系应力是指作用在物体单位面积上的力，单位为帕斯卡（）Pa应变是指物体在受力作用下发生的变形程度，单位为无量纲应力应变关系描述应力和应变之间的关系，是材料力学的重要基础真实应力与工程应力工程应力是指作用力除以初始截面积，是工程上常用的应力概念1真实应力2是指作用力除以瞬时截面积，更准确地反映材料的实际受力情况真实应变与工程应变工程应变1是指变形量除以初始长度，是工程上常用的应变概念真实应变2是指变形量除以瞬时长度，更准确地反映材料的实际变形程度简单拉伸试验加载过程试样制备1将试样固定在拉伸试验机上，施加轴根据标准要求制备标准试样2向拉力数据采集曲线绘制4记录加载过程中试样的应力和应变数3根据数据绘制应力应变曲线据应力应变曲线分析应变应力屈服准则概述屈服准则屈服准则Tresca von Mises基于最大剪切应力理论，适用于低碳钢等材料基于应力偏张量理论，适用于大部分金属材料屈服准则Tresca123定义表达式应用当材料的最大剪切应力达到屈服极限时适用于低碳钢等材料，在塑性分析中应σ1-σ3=σy，材料发生塑性变形用广泛屈服准则vonMises123定义表达式应用当材料的等效应力达到屈服极限时，材适用于大部分金属材料，在塑性分析中σe=√σ1-σ22+σ2-σ32+σ3-σ12料发生塑性变形应用广泛/2=σy屈服面的几何表示应变硬化现象定义原因12材料在塑性变形过程中，屈材料内部发生微观结构变化服极限逐渐提高的现象，导致抗变形能力增强模型3等向硬化模型、动力硬化模型、混合硬化模型等向硬化模型定义特点假设屈服面在塑性变形过程中保持形状不变，只是随着应变的简单易用，适用于大部分材料，但不能反映塑性变形的实际情增加而膨胀况动力硬化模型定义特点假设屈服面在塑性变形过程中不仅能够反映材料的实际硬化行为，但膨胀，还会发生形状变化，方向沿模型较为复杂着塑性应变方向混合硬化模型定义特点将等向硬化模型和动力硬化模型结能够更精确地模拟材料的塑性行为合在一起，以更好地模拟材料的硬，但模型更加复杂化行为塑性流动法则定义分类描述塑性变形发生的方向和大小，是塑性分析的核心内容之关联流动法则、非关联流动法则一关联流动法则1定义塑性流动方向与塑性势函数的梯度方向一致2特点模型简单，但可能无法准确反映材料的实际行为非关联流动法则12定义特点塑性流动方向与塑性势函数的梯度方向不一致模型更复杂，但能够更好地模拟材料的实际行为塑性势函数定义1一个标量函数，用于描述塑性变形发生的条件和方向作用2确定塑性流动方向，并判断材料是否发生塑性变形增量理论基础增量理论将塑性变形问题分解成一系列小增量问题，通过逐步求解得到最终结果特点适用于解决复杂塑性变形问题，但计算量较大方程Prandtl-Reuss1定义描述弹塑性材料的应变增量与应力增量之间的关系2作用是增量理论中常用的控制方程，用于求解弹塑性变形问题应力空间与应变空间应力空间1以主应力为坐标轴的坐标系，用于表示应力状态应变空间2以主应变为坐标轴的坐标系，用于表示应变状态加载条件分析加载条件分析方法是指外力作用的方式和变化规律根据加载条件判断材料是否发生塑性变形，以及塑性变形的类型中性加载定义1是指应力状态不发生变化，材料处于弹性状态特点2材料不会发生塑性变形，应力应变关系是线性的卸载现象1定义是指材料在加载后，外力减小或消失，材料发生弹性恢复，但仍保留一部分塑性变形2特点卸载过程应力应变关系是线性的，但斜率与加载过程不同再加载行为1定义是指材料在卸载后再次加载，其屈服极限会高于第一次加载的屈服极限2原因由于应变硬化现象，材料的抗变形能力增强塑性功与耗散能塑性功耗散能是指材料在塑性变形过程中，外力所做的功，代表了能量的是指塑性变形过程中，能量的损失，主要表现为热能的释放消耗极限分析基础极限分析方法是指在不考虑材料的弹性性质，只考虑其塑性性质的情况上限法、下限法下，分析结构的承载能力静力极限定理定义1对于给定的荷载，结构的实际极限荷载不小于任何满足静力平衡条件的塑性机制的荷载作用2为下限法分析提供理论依据运动极限定理定义1对于给定的荷载，结构的实际极限荷载不大于任何满足运动学条件的塑性机制的荷载作用2为上限法分析提供理论依据唯一性定理定义作用12当结构的极限荷载达到时，其塑性机制是唯一的为极限分析结果的准确性提供保证上限法分析定义特点通过假设塑性机制，计算极限荷载计算方法相对简单，但结果可能偏的上限值高下限法分析定义特点通过假设塑性应力场，计算极限荷载的下限值计算方法相对复杂，但结果可能更接近实际值完全塑性体1定义是指在屈服极限后，材料的应力不再增加，但应变可以无限增加2特点简单易用，适用于分析结构的极限承载能力理想刚塑性体1定义是指材料在屈服极限后，应变为无限大，而材料本身保持刚性2特点模型简单，适用于分析结构的塑性机制弹完全塑性体1定义是指材料在屈服极限以下为弹性，屈服极限以上为完全塑性2特点能够反映材料的弹性特征，适用于分析结构的弹塑性变形行为加筋混凝土构件分析分析方法应用采用塑性铰模型，模拟构件的塑性变形行为用于分析加筋混凝土构件的极限承载能力和变形性能框架结构极限分析分析方法应用采用塑性铰模型和极限分析方法，确定框架结构的极限承载用于设计框架结构，保证其在极限荷载下不发生破坏能力平面应力问题定义1是指结构中只有一个方向上的应力为零，其他两个方向上的应力不为零应用2适用于薄板等结构的塑性分析平面应变问题定义1是指结构中只有一个方向上的应变为零，其他两个方向上的应变不为零应用2适用于厚壁圆筒等结构的塑性分析轴对称问题定义1是指结构的几何形状和应力场关于某一轴线对称应用2适用于圆柱体、球体等结构的塑性分析塑性铰概念12定义特点是指结构中发生塑性变形的集中区域，其变形量远大于其他区塑性铰的应力达到屈服极限，但仍可以继续转动，而不发生断域裂塑性铰的形成机制弯曲剪切在弯曲作用下，构件的内侧发生压缩，外侧发生拉伸，当应在剪切作用下，构件发生相对滑动，当应力达到屈服极限时力达到屈服极限时，就会形成塑性铰，就会形成塑性铰结构的崩溃机构定义1是指结构在达到极限荷载后，形成的塑性铰链，导致结构整体失效特点2崩溃机构的形成是结构失效的标志，是塑性分析的重要内容塑性设计方法1基本原理根据结构的塑性变形能力，设计结构的承载能力，以保证结构在极限荷载下不发生破坏2应用适用于钢结构、混凝土结构等工程结构的设计塑性分析中的数值方法有限元法1将结构离散成有限个单元，通过求解单元上的方程得到结构的整体响应边界元法2将结构边界离散成有限个单元，通过求解边界上的方程得到结构的整体响应有限元法基础基本原理优点将连续的结构离散成有限个单元，通过求解单元上的方程得适用于解决复杂形状结构的塑性分析问题，精度较高到结构的整体响应弹塑性有限元分析分析步骤1建立有限元模型，定义材料属性，施加边界条件，求解方程，得到结构的应力应变分布应用2用于分析结构的弹塑性变形行为，预测结构的承载能力和失效模式增量迭代法基本原理优点将塑性分析问题分解成一系列小增量问题，通过逐步求解能够处理非线性材料的塑性变形问题，适用于解决复杂塑得到最终结果性分析问题收敛性分析定义1是指增量迭代过程是否能够收敛到一个稳定的解方法2采用不同的收敛判别方法，判断迭代过程是否收敛工程实例分析金属成形分析结构抗震分析分析金属材料在成形过程中的塑性变形行为，如冲压、挤压分析结构在地震作用下的塑性变形行为，评估结构的抗震能、弯曲等力金属成形分析1应用领域汽车制造、航空航天、机械制造等2分析目标优化成形工艺，提高成形效率，降低成本，保证产品质量冲压成形定义1是指用冲压模具对金属板材施加压力，使其发生塑性变形，得到所需形状的工件分析内容2包括材料的塑性变形，模具的应力分布，成形过程的稳定性等挤压成形定义1是指用挤压模具对金属材料施加压力，使其发生塑性变形，得到截面形状为模具形状的工件分析内容2包括材料的塑性变形，模具的应力分布，挤压过程的稳定性等弯曲成形定义1是指用弯曲模具对金属板材施加压力，使其发生塑性变形，得到曲面形状的工件分析内容2包括材料的塑性变形，模具的应力分布，弯曲过程的稳定性等结构抗震分析分析目标应用评估结构在地震作用下的安全性，预测结构的破坏模式用于设计抗震结构，保证结构在地震作用下不发生倒塌新技术发展趋势多尺度分析人工智能12将微观尺度的材料行为与宏利用人工智能技术，自动识观尺度的结构行为结合起来别塑性变形模式，优化塑性，更精确地模拟材料的塑性分析过程，提高分析效率变形行为虚拟现实3利用虚拟现实技术，模拟塑性变形过程，为工程设计提供更直观的参考。