弹塑性力学-弹塑性本构关系ppt课件

Ñ W
0 ij
ij
0 ij
d ij 0
Ñ 由于弹性应变εije在应力循环
中是可逆的，因而
( ij
0 ij
)
d
e
ij
0
0 ij
于是有：
Ñ WD WDp
( ij
0 ij
)d
p
ij
0
0 ij
工程弹塑性力学·塑性位势理论
(3) 德鲁克塑性公设的重要推论
Ñ WD WDp
( ij
0 ij
)d
不小于零，即附加应力的塑性功不出现负值， 则这种材料就是稳定的，这就是德鲁克公设。
工程弹塑性力学·塑性位势理论
在应力循环中，外载所作的 功为：
Ñ W
0 ij
ij
d ij
0
不论材料是不是稳定，上述 总功不可能是负的，不然， 我们可通过应力循环不断从 材料中吸取能量，这是不可 能的。要判断材料稳定必须 依据德鲁克公设，即附加应 力所作的塑性功不小零得出
d
p
|
cos
0
此式限制了屈服面的形状： 对于任意应力状态，应力增量方向
与塑性应变向量之间所成的夹角不应 该大于90°
稳定材料的屈服面必须是凸的.
(a)满足稳定材 料的屈服面
ij
0 ij
(b) 不满足稳定 材料的屈服面
/2
工程弹塑性力学·塑性位势理论
2 塑性应变增量向量与屈服面法向平行
d 必p 与加载面的外法线
3德鲁克塑性公设的评述
➢德鲁克公设的适用条件：
（1）应力循环中外载所作
的真实功与ij0起点无关；
Ñ d
p ij
ij
ij
0
(2)附加应力功不符合功的 定义，并非真实功
0 ij
ij
0 ij
d ij
0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
应力循环中外载所作真实功 与附加应力功
工程弹塑性力学·塑性位势理论
（3）非真实物理功不能引用热力学定律；
p
ij
0
0 ij
WD
(ij
adij
0 ij
)d
p
ij
0
1 a 1 2
当
0 ij
时,略去无穷小量
ij
( ij
0 ij
)d
p ij
0
当
0 ij
ij时，
d
ij
d
p ij
0
屈服面的外凸性
塑性应变增量方向 与加载曲面正交
工程弹塑性力学·塑性位势理论
1 屈服曲面的外凸性
( ij
0 ij
)dijp
|
A0 A||
设材料单元体经历任意应力历史后，
在应力σij0下处于平衡，即开始应力σij0在加
载面内，然后在单元体上缓慢地施加一个附
加力，使σij0达到σij，刚好在屈服面上，再继 续加载到σij+dσij，在这一阶段，将产生塑性 应变dεijp，最后应力又卸回到σij0。若整个应 力循环过程中，附加应力dσij所作的塑性功
重合，否则总可以找到A0 使A0A·dεp≥0不成立(如右 图)。
标量dλ，称
为塑性因子
d
p ij
d
ij
切平面 加载面
表明，塑性应变分量σij之间的比例可由在 加载面上Φ的位置确定。
dijdijp 0 dσ n 0
加载准则
意义：只有当应力增量指向加载面的外部时才能产生塑性变形。
工程弹塑性力学·塑性位势理论
弹塑性力学本构关系
1
工程弹塑性力学·塑性位势理论
(1) 稳定材料与非稳定材料
德鲁克公设和依留申公设是传统塑性力学的基础，它把塑性势函 数与屈服函数紧密联系在一起。德鲁克公设只适用于稳定材料， 而依留申既适用于稳定材料，又适用于不稳定材料。
稳定材料
非稳定材料
附加应力对附加应变做功 附加应力对附加应变负做
设材料单元体经历任意应力
历史后，在应力σij0下处于平衡， 即初始的应变εij0在加载面内，然后 在单元体上缓慢地施加荷载，使εij
达到屈服面，再继续加载达到应变
点εij+dεij，此时产生塑性应变dεijp 。
然后卸载使应变又回到原先的应变
状态εij0，并产生了与塑性变量所对 应的残余应力增量dσijp。
可将Druker塑性公设改写成：
WD
(ij
0 ij
)d
p ij
0
工程弹塑性力学·塑性位势理论
由图(a)可知，对于弹性性质不随加载面改变的非耦合情况，外 部作用在应变循环内做功WI和应力循环所作的外部功之间仅差 一个正的附加项： 1 d p d p
2
因此可将应变循环所作的外部功，写成
WI
WD
1 2
（4）德鲁克公设的适用条件：
①ij0在塑性势面与屈服面
之内时，德鲁克公设成立；
②ij0在塑性势面与屈服面
之间时，德鲁克公设不成立；
屈服面 势面线
（5）金属材料的塑性势面与 屈服面基本一致。
附加应力功为非负的条件
工程弹塑性力学·塑性位势理论
3.1.3 依留申塑性公设的表述
依留申塑性公设：在弹塑性材料的一个应变循环内， 外部作用做功是非负的，如果做功是正的，表示有塑性变 形，如果做功为零，只有弹性变形发生。
工程弹塑性力学·塑性位势理论
残余应力增量与塑性 应变增量存在关系：
dipj
D
d
p ij
式中，D为弹性矩阵。
根据依留申公设，在 完成上述应变循环中， 外部功不为负，即
Ñ WI ijdij 0 i0j
只有在弹性应变时，上述WI=0。
根据Druker塑性公设
当
0 ij
ij时
(ij
0 ij
)dijp
0
为非负，即有 0
功，即 0
（应变硬化和理想塑性材料）
（应变软化材料）
工程弹塑性力学·塑性位势理论
(2) 德鲁克塑性公设的表述
德鲁克公设可陈述为：对于处在某一状态下的稳定材 料的质点(试件)，借助于一个外部作用在其原有应力状态 之上，缓慢地施加并卸除一组附加压力，在附加应力的施 加和卸除循环内，外部作用所作之功是非负的。
d
ij
d
p
ij
(ij
0 ij
1 2
d ij
)d
p
ij
0
上式表明，如果德鲁克塑性公设成立，WD≥0，则依留申塑性
公设也一定成立，反之，依留申塑性公设成立，并不要求
WD≥0，也就是说，德鲁克塑性公设是依留申塑性公设的充分
条件，而不是必要条件。 当应力点由A到B时，
d 0
d 0
CD
AB
dσ<0,但dσp>0,塑性变形
dεp>0，总变形dε>0
d dp 0 d d p 0
d 0
d 0
工程弹塑性力学·塑性位势理论
WI
(ij
0 ij
1
d ij
) d
p
ij
2
WD
1
d
ij
d
p
ij
WD
0
①
ij
0 ij
0时，
(ij
0 ij
)d
p ij
0
应变空间加 载面外凸
2
②
③
塑性势面与屈服面相同
0 ij
ij时，
d
ij
d
p ij
0
加载准则(取大于号表示 有新的塑性变形发生)
根据
d
p ij
关于
0
的正交法则，可得：
d
p ij
d
ij
由应力空间中的屈服与应变空间中屈服面的转换关系，可得：
结合
D
ij
ij
dipj
D
d
p ij
d