10ANSYS高級(jí)結(jié)構(gòu)非線性塑性和強(qiáng)化準(zhǔn)則課件

高級(jí)率無(wú)關(guān)塑性第三章高級(jí)率無(wú)關(guān)塑性第三章率無(wú)關(guān)塑性

本章概述本章討論結(jié)構(gòu)非線性基礎(chǔ)中沒(méi)有包括的一些率無(wú)關(guān)塑性模型。盡管包括率無(wú)關(guān)塑性的一些基本原理，本章仍是面向已經(jīng)熟悉ANSYS中普通各向同性和隨動(dòng)強(qiáng)化模型(BISO,MISO,BKIN,MKIN/KINH)的用戶。大部分討論將圍繞金屬非彈性。若可行的話，很多概念可以擴(kuò)展到其它材料。例如,Drucker-Prager一般用于顆粒狀材料。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

本章概述本章討論結(jié)構(gòu)非線性基礎(chǔ)中沒(méi)有包括的率無(wú)關(guān)塑性

...本章概述本章包括下列主題:A.率無(wú)關(guān)塑性的背景B.vonMises屈服準(zhǔn)則C.各向異性/Hill勢(shì)(HILL)D.

各向異性/廣義Hill勢(shì)(ANISO)E.Voce非線性等向強(qiáng)化(NLISO)F.線性隨動(dòng)強(qiáng)化G.Chaboche非線性隨動(dòng)強(qiáng)化(CHAB)H.混合強(qiáng)化(CHAB+xISO)I.循環(huán)強(qiáng)化和循環(huán)軟化J.棘輪和調(diào)整K.ANSYS對(duì)塑性過(guò)程的考慮September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...本章概述本章包括下列主題:Septemb率無(wú)關(guān)塑性

A.塑性背景彈性回顧:討論塑性之前，先回顧一下金屬的彈性。彈性響應(yīng)中，如果產(chǎn)生的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，卸載時(shí)材料可完全恢復(fù)到原來(lái)的形狀。從金屬的觀點(diǎn)看，這種行為是因?yàn)檠由斓珱](méi)有破壞原子間化學(xué)鍵。因?yàn)閺椥允怯捎谠渔I的延伸，所以是完全可恢復(fù)的。而且這些彈性應(yīng)變往往是小的。金屬的彈性行為最常用虎克定律的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系描述:September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

A.塑性背景彈性回顧:September率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景塑性回顧:延性金屬中也會(huì)遇到非彈性或塑性響應(yīng)。超過(guò)屈服應(yīng)力是塑性區(qū)域，塑性區(qū)域中卸載后殘留一部分永久變形。如果考慮在分子層次上發(fā)生了什么，塑性變形是由于剪切應(yīng)力(偏差應(yīng)力)引起的原子平面間的滑移引起的。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)是晶體結(jié)構(gòu)中的原子重新排列得到新的相鄰元素,從而導(dǎo)致不可恢復(fù)塑性應(yīng)變。值得注意的是,與彈性不同,滑移不會(huì)引起任何體積應(yīng)變(不可壓縮條件)。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景塑性回顧:September率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景塑性回顧(續(xù)):因?yàn)樗苄蕴幚碛捎谖灰埔鸬哪芰繐p失，所以它是非保守(路徑相關(guān))過(guò)程。延性金屬支持比彈性應(yīng)變大得多的塑性應(yīng)變。彈性變形實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于塑性變形，因此產(chǎn)生的超過(guò)屈服點(diǎn)的應(yīng)力仍產(chǎn)生彈性和塑性應(yīng)變。因?yàn)榧僭O(shè)塑性應(yīng)變不可壓縮，所以材料響應(yīng)隨著應(yīng)變?cè)黾幼優(yōu)閹缀醪豢蓧嚎s。屈服點(diǎn)sy彈性塑性卸載September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景塑性回顧(續(xù)):屈服點(diǎn)率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景率無(wú)關(guān)塑性:如果材料響應(yīng)和載荷速率或變形速率無(wú)關(guān)，稱材料為率無(wú)關(guān)。低溫時(shí)(<1/4或1/3的熔點(diǎn)溫度)大多數(shù)材料呈現(xiàn)率無(wú)關(guān)行為和低應(yīng)變速率。第四和第五章蠕變和粘塑性處理金屬中率相關(guān)塑性。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景率無(wú)關(guān)塑性:September率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景工程和真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變:工程應(yīng)力-應(yīng)變用于小應(yīng)變分析，但對(duì)于塑性必須用真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變，因?yàn)樗鼈兪遣牧蠣顟B(tài)更具代表性的度量。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景工程和真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變:Septe率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景工程和真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變(續(xù)):如果引入工程應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，則可以用下面的公式把這些值轉(zhuǎn)換為真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變:達(dá)到屈服應(yīng)變的兩倍以前:發(fā)生頸縮以前:

注意，僅對(duì)應(yīng)力轉(zhuǎn)換，有以下假設(shè):材料是不可壓縮的(大應(yīng)變可接受的近似值)假設(shè)試樣橫截面的應(yīng)力均勻分布。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景工程和真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變(續(xù)):S率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景工程和真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變(續(xù)):

超過(guò)頸縮:

在頸縮處沒(méi)有工程和真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變轉(zhuǎn)換公式。必須測(cè)量瞬時(shí)的橫截面。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景工程和真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變(續(xù)):率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景 金屬擠壓動(dòng)畫(huà)實(shí)例(有限應(yīng)變塑性):單元185(B-Bar),

等向強(qiáng)化模型,帶摩擦的剛-柔接觸September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景 金屬擠壓動(dòng)畫(huà)實(shí)例(有限應(yīng)變屈服準(zhǔn)則第三章B-D節(jié)屈服準(zhǔn)則第三章B-D節(jié)率無(wú)關(guān)塑性

屈服準(zhǔn)則背景屈服準(zhǔn)則:屈服準(zhǔn)則用于把多軸應(yīng)力狀態(tài)和單軸情況聯(lián)系起來(lái)。試樣的拉伸實(shí)驗(yàn)提供單軸數(shù)據(jù)，可以繪制成一維應(yīng)力-應(yīng)變曲線，已在前面介紹過(guò)。實(shí)際結(jié)構(gòu)一般是多軸應(yīng)力狀態(tài)。屈服準(zhǔn)則提供材料應(yīng)力狀態(tài)的標(biāo)量不變量，可以和單軸情況對(duì)比。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

屈服準(zhǔn)則背景屈服準(zhǔn)則:September30,率相關(guān)塑性

B.Mises屈服準(zhǔn)則常用的屈服準(zhǔn)則是vonMises屈服準(zhǔn)則

(也稱為八面體剪切應(yīng)力或變形能準(zhǔn)則)。vonMises等效應(yīng)力定義為:

寫(xiě)成矩陣形式

式中{s}是偏差應(yīng)力，sm

是靜水應(yīng)力September30,2001率相關(guān)塑性

B.Mises屈服準(zhǔn)則常用的屈服準(zhǔn)則是vo率無(wú)關(guān)塑性

...Mises屈服準(zhǔn)則應(yīng)力狀態(tài)可分解為靜水壓力(膨脹)和偏差(變形)分量。靜水壓應(yīng)力和體積改變能有關(guān)，而偏差應(yīng)力和形狀改變有關(guān)。vonMises屈服準(zhǔn)則說(shuō)明只有偏差分量{s}引起屈服。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Mises屈服準(zhǔn)則應(yīng)力狀態(tài)可分解為靜率無(wú)關(guān)塑性

...Mises屈服準(zhǔn)則若在3D主應(yīng)力空間中畫(huà)出,vonMises屈服面是一個(gè)圓柱體。s2s1s3s1=s2=s3圓柱體以s1=s2=s3

為軸排列。注意如果應(yīng)力狀態(tài)在圓柱體內(nèi)，不發(fā)生屈服。這意味著如果材料在靜水壓力下(s1=s2=s3),再大的靜水壓力也不會(huì)引起屈服。從另一個(gè)角度看，偏離(s1=s2=s3)軸的應(yīng)力參與計(jì)算vonMises應(yīng)力{s}。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Mises屈服準(zhǔn)則若在3D主應(yīng)力率無(wú)關(guān)塑性

...Mises屈服準(zhǔn)則從軸

s1=s2=s3的角度看，vonMises屈服準(zhǔn)則如下所示。在屈服面內(nèi)，如前面提到的，行為是彈性的。注意多軸應(yīng)力狀態(tài)可以位于圓柱體內(nèi)的任意處。在圓柱體邊邊緣(圓)發(fā)生屈服。沒(méi)有應(yīng)力狀態(tài)能位于圓柱體外。強(qiáng)化規(guī)律描述圓柱體如何隨屈服變化。e彈性塑性213sy主應(yīng)力空間單軸應(yīng)力－應(yīng)變September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Mises屈服準(zhǔn)則從軸s1=s2=率無(wú)關(guān)塑性

...Mises屈服準(zhǔn)則缺省時(shí)，所有的率無(wú)關(guān)塑性模型采用vonMises屈服準(zhǔn)則，除非另外說(shuō)明。雙線性等向強(qiáng)化(BISO)多線性等向強(qiáng)化(MISO)非線性等向強(qiáng)化(NLISO)雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化(BKIN)多線性隨動(dòng)強(qiáng)化(KINH&MKIN)Chaboche非線性隨動(dòng)強(qiáng)化(CHAB)September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Mises屈服準(zhǔn)則缺省時(shí)，所有的率無(wú)率無(wú)關(guān)塑性

...Mises屈服準(zhǔn)則所有的率無(wú)關(guān)材料屬性可以通過(guò)TB命令或材料GUI輸入:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels…Structural>Nonlinear>Inelastic>RateIndependentSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Mises屈服準(zhǔn)則所有的率無(wú)關(guān)材料屬率無(wú)關(guān)塑性

C.Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)另一個(gè)有用的屈服準(zhǔn)則是

Hill準(zhǔn)則,它是各向異性(vonMises是各向同性)。Hill準(zhǔn)則可看作是vonMises屈服準(zhǔn)則的延伸。Hill準(zhǔn)則可寫(xiě)為:

六個(gè)常數(shù)（Rxx,Ryy,Rzz,Rxy,Ryz,Rxz）表示Hill屈服準(zhǔn)則的特性:September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

C.Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)另一個(gè)有率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)Hill準(zhǔn)則有三個(gè)對(duì)稱平面，它們?cè)诓牧锨^(guò)程中被保存,所以需要通過(guò)簡(jiǎn)單試驗(yàn)確定6個(gè)(而不是21)常數(shù)。前面的常數(shù)（Rxx,Ryy,Rzz,Rxy,Ryz,Rxz）代表在給定方向的屈服應(yīng)力與參照屈服應(yīng)力(vonMises)的比率。213es2s3s3ys2y主應(yīng)力空間單軸應(yīng)力-應(yīng)變September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)Hil率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)進(jìn)行六個(gè)試驗(yàn)來(lái)確定屈服比率Rxx,Ryy,Rzz,Rxy,Ryz,Rxz。這是Hill勢(shì)需要的全部參數(shù)。對(duì)線彈性材料特性,可指定各向同性或正交各向異性特性(EX,EY,EZ等)Hill準(zhǔn)則不描述強(qiáng)化;它僅描述屈服準(zhǔn)則。Hill勢(shì)與等向、隨動(dòng)和混合強(qiáng)化模型相結(jié)合。在這些模型中,vonMises用作‘參照’屈服應(yīng)力。Hill模型則用來(lái)確定六個(gè)方向的實(shí)際屈服應(yīng)力值。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)進(jìn)行六率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)Hill勢(shì)可以通過(guò)命令或材料GUI輸入。若用命令，發(fā)出TB,HILL來(lái)激活Hill準(zhǔn)則TB,HILL,mat,ntemp通過(guò)TBDATA輸入六個(gè)屈服比率C1=Rxx,C2=Ryy等?？奢斎攵噙_(dá)40組溫度相關(guān)組別忘了輸入其它需要的屬性:通過(guò)MP輸入各向同性或正交各向異性材料屬性

(EX,EY,EZ,PRXY,PRYZ,PRXZ,GXY,GYZ,GXZ)通過(guò)TB輸入強(qiáng)化準(zhǔn)則(隨動(dòng),等向或混合)September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)Hil率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)定義了所需的線性材料屬性后(如EX,PRXY),就可以輸入指定的Hill勢(shì)強(qiáng)化模型

的6個(gè)常數(shù)了。既然Hill勢(shì)僅描述屈服準(zhǔn)則，就必須選擇線性材料屬性和塑性強(qiáng)化規(guī)律。下面的例子中，采用雙線性等向強(qiáng)化，但選擇任何強(qiáng)化準(zhǔn)則的過(guò)程相同。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)定義了率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)如果沒(méi)有輸入各向同性或正交各向異性線性材料，將提示這個(gè)信息。接著，需要輸入強(qiáng)化準(zhǔn)則的參數(shù)(該例中是BISO)。注意這里輸入的屈服準(zhǔn)則是用于Hill計(jì)算的‘參照’屈服應(yīng)力。TB,BKIN,1,1,,1TBTEMP,0

TBDATA,1,yield,tang_modMP,EX,1,ex_valueMP,PRXY,1,prxy_valueMP,GXY,1,gxy_valueSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)如果沒(méi)率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)最后，指定用于Hill準(zhǔn)則的六個(gè)屈服應(yīng)力比率。所有的材料屬性(線性、強(qiáng)化、屈服準(zhǔn)則)也可與溫度相關(guān)。TB,HILL,1,1TBTEMP,0TBDATA,1,rxx,ryy,rzzTBDATA,4,rxy,ryz,rxzSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)最后，率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)Hill勢(shì)也可用于描述各向異性粘塑性和蠕變行為。用命令時(shí)，類似于率無(wú)關(guān)塑性，對(duì)每一個(gè)粘塑性(RATE)和蠕變(隱式CREEP)模型簡(jiǎn)單地發(fā)出TB,HILL。通過(guò)材料GUI,程序更自動(dòng)化。定義材料常數(shù)時(shí)只需選擇合適的勢(shì)

–Mises或Hill。第四和第五章將詳細(xì)討論蠕變和粘塑性。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)Hil率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)當(dāng)Rxx=Ryy=Rzz=Rxy=Ryz=Rxz=1時(shí),Hill準(zhǔn)則簡(jiǎn)化為各向同性vonMises屈服準(zhǔn)則注意在給定方向拉伸和壓縮屈服相同。廣義Hill準(zhǔn)則也適用于拉伸和壓縮中屈服不同的情況(非均質(zhì)材料),下面將討論。對(duì)各向異性材料，請(qǐng)記住后處理等效應(yīng)變(EPxx,EQV)不一定有物理意義。當(dāng)檢查各向異性材料的等效應(yīng)變時(shí)應(yīng)小心。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Hill屈服準(zhǔn)則(HILL)當(dāng)R率無(wú)關(guān)塑性

D.廣義Hill勢(shì)(ANISO)廣義Hill勢(shì)與C節(jié)中討論的Hill勢(shì)相似，區(qū)別如下:廣義Hill供非均質(zhì)材料用(拉伸和壓縮屈服比率不同)。直接輸入不同方向的屈服應(yīng)力(應(yīng)力單位),不是屈服應(yīng)力比率(無(wú)量綱)。強(qiáng)化規(guī)律是雙線性等向強(qiáng)化。已經(jīng)內(nèi)置于材料定義中，所以不用發(fā)出TB,BISO命令。

無(wú)需指定額外的強(qiáng)化準(zhǔn)則。假設(shè)和溫度無(wú)關(guān)。不支持18x單元。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

D.廣義Hill勢(shì)(ANISO)廣義率無(wú)關(guān)塑性

...廣義Hill勢(shì)(ANISO)廣義Hill勢(shì)理論的屈服面可看作是在主應(yīng)力空間內(nèi)移動(dòng)了的變形圓柱體。由于各向異性(不同方向屈服不同)，所以圓柱屈服面變形(Hill準(zhǔn)則)。因?yàn)榍诶旌蛪嚎s中可指定為不同,所以圓柱屈服面被初始移動(dòng)。213es3s3yt主應(yīng)力空間單軸應(yīng)力-應(yīng)變s3ycSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...廣義Hill勢(shì)(ANISO)廣率無(wú)關(guān)塑性

...廣義Hill勢(shì)(ANISO)屈服準(zhǔn)則如下:[M]矩陣包含不同方向上不同屈服強(qiáng)度的信息。[L]矩陣說(shuō)明拉伸和壓縮屈服的區(qū)別。K是給定方向上的當(dāng)前屈服應(yīng)力。這是基于雙線性等向強(qiáng)化的。

參閱ANSYS理論手冊(cè)的第4.1.13節(jié)可得到詳細(xì)說(shuō)明。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...廣義Hill勢(shì)(ANISO)屈率無(wú)關(guān)塑性

...廣義Hill勢(shì)(ANISO)廣義Hill勢(shì)模型需要18個(gè)常數(shù)–拉伸、壓縮和剪切屈服應(yīng)力(9)及這些方向的剪切模量(9)。ANISO定義中通常出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題:整個(gè)加載過(guò)程中屈服面必須是一個(gè)封閉的屈服面。否則，屈服面沒(méi)有任何實(shí)際意義(彈性范圍不可定義)。必須滿足一致方程。這是塑性不可壓縮的必要條件–塑性應(yīng)變是不可壓縮且不會(huì)導(dǎo)致體積改變的。這意味著各向異性屈服應(yīng)力和斜率不是不相關(guān)的。用戶必須確保上述準(zhǔn)則，否則在ANSYS中將產(chǎn)生警告/錯(cuò)誤信息。詳情查閱理論手冊(cè)。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...廣義Hill勢(shì)(ANISO)廣率無(wú)關(guān)塑性

...廣義Hill勢(shì)(ANISO)與這章中已討論的其它材料屬性不同，廣義Hill勢(shì)不能用于18x單元。所支持的單元包括:核心單元:PLANE42,SOLID45,SOLID92,SOLID95其它單元:LINK1,PLANE2,LINK8,PIPE20,BEAM23,BEAM24,SHELL43,SHELL51,PIPE60,SOLID62,SOLID65,PLANE82,SHELL91,SHELL93,和SHELL143September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...廣義Hill勢(shì)(ANISO)與率無(wú)關(guān)塑性

...廣義Hill勢(shì)(ANISO)材料屬性可以通過(guò)命令或材料GUI輸入用TB,ANISO輸入廣義Hill勢(shì)材料參數(shù)。TB,ANISO,mat用TBDATA輸入18個(gè)參數(shù)。C1-C3材料x(chóng),y,和z方向的拉伸屈服應(yīng)力C4-C6相應(yīng)的剪切模量

C7-C9材料x(chóng),y,和z方向的壓縮屈服應(yīng)力C10-C12相應(yīng)的剪切模量C13-C15材料x(chóng)y,yz,和xz方向的剪切屈服應(yīng)力C16-C18相應(yīng)的剪切模量不允許和溫度有關(guān)通過(guò)MP輸入線性材料屬性(如正交各向異性)。輸入值為正常數(shù)September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...廣義Hill勢(shì)(ANISO)材率無(wú)關(guān)塑性

...廣義Hill勢(shì)(ANISO)定義所需的線性正交各向異性或各向同性材料屬性(如EX,PRXY)之后,才可輸入廣義Hill各向異性模型的18個(gè)常數(shù)。因?yàn)椴淮嬖谌笔≈?，所以需要輸入所有值。TB,ANISO,1TBDATA,1,sxt,syt,szt,mod_xt,mod_yt,mod_ztTBDATA,7,sxc,syc,szc,mod_xc,mod_yc,mod_zcTBDATE,13,sxy,syz,sxz,mod_xy,mod_yz,mod_xzSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...廣義Hill勢(shì)(ANISO)定率無(wú)關(guān)塑性

...Hill勢(shì)實(shí)例 各向異性薄板vonMises應(yīng)力的等高線動(dòng)畫(huà)。SHELL181,雙線性等向強(qiáng)化和Hill屈服準(zhǔn)則，帶摩擦的剛-柔接觸September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Hill勢(shì)實(shí)例 各向異性薄板von率無(wú)關(guān)塑性

...練習(xí)請(qǐng)參考附加練習(xí)題:練習(xí)3:Hill屈服準(zhǔn)則September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...練習(xí)請(qǐng)參考附加練習(xí)題:Septembe強(qiáng)化準(zhǔn)則E-H節(jié)強(qiáng)化準(zhǔn)則E-H節(jié)率無(wú)關(guān)塑性

流動(dòng)法則背景塑性流動(dòng)法則:塑性流動(dòng)法則定義塑性應(yīng)變?cè)隽亢蛻?yīng)力間的關(guān)系。流動(dòng)法則描述發(fā)生屈服時(shí)塑性應(yīng)變的方向。即,它定義單獨(dú)的塑性應(yīng)變分量(expl,eypl

等)如何隨屈服發(fā)展而變化。對(duì)金屬和其它呈現(xiàn)不可壓縮非彈性行為的材料，塑性流動(dòng)在垂直于屈服面的的方向發(fā)展。否則(如在DP材料模型中),屈服時(shí)材料體積有些增大–即非彈性應(yīng)變不是完全不可壓縮的。塑性應(yīng)變?cè)诖怪庇谇娴姆较虬l(fā)展September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

流動(dòng)法則背景塑性流動(dòng)法則:塑性應(yīng)變?cè)诖怪庇谇媛薀o(wú)關(guān)塑性

...流動(dòng)法則背景關(guān)聯(lián)流動(dòng):塑性流動(dòng)方向與屈服面的外法線方向相同。非關(guān)聯(lián)流動(dòng):對(duì)摩擦材料，通常需要非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則(在Drucker-Prager模型中，剪脹角與內(nèi)摩擦角不同)。塑性流動(dòng)方向與屈服面的法線相同屈服面pq塑性流動(dòng)方向和屈服面法線不

同September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...流動(dòng)法則背景關(guān)聯(lián)流動(dòng):塑性流動(dòng)方向與屈率無(wú)關(guān)塑性

強(qiáng)化準(zhǔn)則背景強(qiáng)化準(zhǔn)則:強(qiáng)化準(zhǔn)則描述屈服面如何隨塑性變形的結(jié)果而變化(大小、中心、形狀)。強(qiáng)化準(zhǔn)則決定如果繼續(xù)加載或卸載,材料將何時(shí)再次屈服。這與呈現(xiàn)無(wú)硬化–即屈服面保持固定的彈性-理想塑性材料完全不同。彈性塑性加載后的屈服面最初的屈服面September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

強(qiáng)化準(zhǔn)則背景強(qiáng)化準(zhǔn)則:彈性塑性加載后的屈服面最初率無(wú)關(guān)塑性

E.等向強(qiáng)化等向強(qiáng)化指屈服面在塑性流動(dòng)期間均勻擴(kuò)張。‘等向’一詞指屈服面的均勻擴(kuò)張，和‘各向同性’屈服準(zhǔn)則(即材料取向)不同。e2132s'sys'最初的屈服面后來(lái)的屈服面September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

E.等向強(qiáng)化等向強(qiáng)化指屈服面在塑性流動(dòng)期間率無(wú)關(guān)塑性

...等向強(qiáng)化因此屈服準(zhǔn)則可寫(xiě)為:

式中{s}是偏差應(yīng)力，sk

是當(dāng)前屈服應(yīng)力。等向強(qiáng)化適用于大應(yīng)變、比例加載情況。不適與循環(huán)加載。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...等向強(qiáng)化因此屈服準(zhǔn)則可寫(xiě)為:

率無(wú)關(guān)塑性

...Voce非線性等向強(qiáng)化在

結(jié)構(gòu)非線性基礎(chǔ)中,討論了雙線性和多線性等向強(qiáng)化(BISO,MISO)。ANSYS中的第三個(gè)等向強(qiáng)化準(zhǔn)則是Voce非線性等向強(qiáng)化(NLISO),它用4個(gè)材料常數(shù)[k,Ro,R,b]的光滑函數(shù)

描述材料行為。塑性應(yīng)變應(yīng)力NLISOSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Voce非線性等向強(qiáng)化在結(jié)構(gòu)非線率無(wú)關(guān)塑性

...Voce非線性等向強(qiáng)化Voce強(qiáng)化準(zhǔn)則針對(duì)從線彈性區(qū)(E)光滑過(guò)渡到最終的常量線性應(yīng)變強(qiáng)化斜率(Ro)的材料。如前所示，材料常數(shù)k描述彈性極限(s0)。若b=0,將簡(jiǎn)化為雙線性等向強(qiáng)化(BISO)。若b=0且Ro=0,將成為彈性-理想塑性行為?？梢杂貌牧螱UI或通過(guò)TB,NLISO命令輸入材料。TB,NLISO,mat,ntemp,4通過(guò)TBDATA輸入四個(gè)材料常數(shù)常數(shù)可以和溫度有關(guān)(TBTEMP)可以輸入20組溫度相關(guān)數(shù)據(jù)September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Voce非線性等向強(qiáng)化Voce強(qiáng)率無(wú)關(guān)塑性

...Voce非線性等向強(qiáng)化定義了所需的線性材料特性(如EX,PRXY)之后,可以輸入Voce非線性等向強(qiáng)化模型的4個(gè)常數(shù)。注意常數(shù)也可與溫度有關(guān)。TB,NLISO,1,1,4TBTEMP,0TBDATA,1,sigy0,r0,rinf,bSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Voce非線性等向強(qiáng)化定義了所需的率無(wú)關(guān)塑性

...Voce非線性等向強(qiáng)化基于單軸數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行曲線擬合來(lái)確定Voce強(qiáng)化常數(shù)。已述及這是針對(duì)在彈性斜率(Young’s模量)和大應(yīng)變塑性區(qū)(剪切模量)之間平滑過(guò)渡

的材料。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Voce非線性等向強(qiáng)化基于單軸數(shù)據(jù)率無(wú)關(guān)塑性

F.線性隨動(dòng)強(qiáng)化對(duì)

線性隨動(dòng)強(qiáng)化,屈服面在塑性流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行剛體平移。屈服后最初的各向同性塑性行為不再各向同性(隨動(dòng)強(qiáng)化是各向異性強(qiáng)化的一種形式)彈性區(qū)等于2倍的初始屈服應(yīng)力，這稱為包辛格效應(yīng)。e2132sysys'最初的屈服面后來(lái)的屈服面aSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

F.線性隨動(dòng)強(qiáng)化對(duì)線性隨動(dòng)強(qiáng)化,屈服面率無(wú)關(guān)塑性

...線性隨動(dòng)強(qiáng)化因此屈服準(zhǔn)則可被表述為:

式中{s}為偏差應(yīng)力,sy

是單軸屈服應(yīng)力，{a}是后應(yīng)力(屈服面中心位置)。注意前面圖中屈服面中心平移了{(lán)a}，因此基于位置{a},反向的屈服仍是2sy。后應(yīng)力通過(guò)下式與塑性應(yīng)變線性相關(guān):September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...線性隨動(dòng)強(qiáng)化因此屈服準(zhǔn)則可被表述為:

率無(wú)關(guān)塑性

...線性隨動(dòng)強(qiáng)化雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化(BKIN)是線性隨動(dòng)強(qiáng)化的一個(gè)例子。因?yàn)榘ò粮裥?yīng)，所以可用于循環(huán)加載(彈性區(qū)等于兩倍的初始屈服應(yīng)力)。然而，應(yīng)變水平相對(duì)小時(shí)(小于5-10%真實(shí)應(yīng)變)推薦采用線性隨動(dòng)強(qiáng)化。因?yàn)閮H有一個(gè)斜率(剪切模量),所以由于強(qiáng)化是常量而不能代表真實(shí)金屬。因此，對(duì)大應(yīng)變應(yīng)用不現(xiàn)實(shí)。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...線性隨動(dòng)強(qiáng)化雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化(BKIN率無(wú)關(guān)塑性

G.非線性隨動(dòng)強(qiáng)化非線性隨動(dòng)強(qiáng)化

類似于線性隨動(dòng)強(qiáng)化，除了演化規(guī)律有非線性項(xiàng)(“記憶”項(xiàng)g{a}dp)外:

式中epl

是等效塑性應(yīng)變,而p是累計(jì)塑性應(yīng)變。屈服準(zhǔn)則可表述為:

式中R是定義屈服應(yīng)力的常數(shù)，類似于線性隨動(dòng)強(qiáng)化。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

G.非線性隨動(dòng)強(qiáng)化非線性隨動(dòng)強(qiáng)化類似于線率無(wú)關(guān)塑性

...非線性隨動(dòng)強(qiáng)化屈服面可以圖示如下:當(dāng)前屈服面在主應(yīng)力空間移動(dòng)有一個(gè)極限屈服面,如下張幻燈片所示。換言之，該行為接近于理想塑性(和線性隨動(dòng)強(qiáng)化不同)，不改變斜率。213sRC/ge極限屈服面當(dāng)前屈服面{a}的極限值aSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...非線性隨動(dòng)強(qiáng)化屈服面可以圖示如下:2率無(wú)關(guān)塑性

...非線性隨動(dòng)強(qiáng)化非線性隨動(dòng)強(qiáng)化有下列特點(diǎn):非線性隨動(dòng)強(qiáng)化在強(qiáng)化和塑性應(yīng)變間不具有線性關(guān)系。非線性隨動(dòng)強(qiáng)化與屈服面的平移有關(guān)。非零值

g

導(dǎo)致‘{a}的極限值.’

這意味著，和線性隨動(dòng)強(qiáng)化不同，屈服面不能在主應(yīng)力空間永遠(yuǎn)平移，平移限制在特定區(qū)域。常數(shù)R(屈服應(yīng)力),描述彈性區(qū)域的大小，被加入響應(yīng)。

若{a}的極限值存在，則‘極限屈服面’也存在。非線性隨動(dòng)強(qiáng)化因?yàn)榭梢阅M包辛格效應(yīng)而適用于大應(yīng)變和循環(huán)加載。它能模擬棘輪和調(diào)整(后面討論)。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...非線性隨動(dòng)強(qiáng)化非線性隨動(dòng)強(qiáng)化有下列特點(diǎn)率無(wú)關(guān)塑性

...Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化模型

(CHAB)是非線性隨動(dòng)強(qiáng)化的例子。如前所述，屈服函數(shù)為213sRC/ge極限屈服面當(dāng)前屈服面{a}的極限值aSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化Chabo率無(wú)關(guān)塑性

...Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化后應(yīng)力{a}是五個(gè)隨動(dòng)模型的重疊:

式中n是采用的隨動(dòng)模型數(shù)，Ci

和gi

是材料常數(shù)。已知后應(yīng)力的演化是非線性的，因此命名為‘非線性’隨動(dòng)強(qiáng)化。也有溫度有關(guān)項(xiàng)(上面公式的最后一項(xiàng))注意若n=1且

g1=0,CHAB簡(jiǎn)化為BKIN(a1沒(méi)有極限值)。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化后應(yīng)力{率無(wú)關(guān)塑性

...Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化下圖是Chaboche模型用法的例子:n為3,是組合在一起的隨動(dòng)模型數(shù)。R為屈服應(yīng)力(常量)值a1-

a3

為由前面公式計(jì)算出的后應(yīng)力。常數(shù)C1-C3

和g1-g3

與這些值相關(guān)。R描述屈服面，而a

描述屈服面中心的移動(dòng)。注意g3=0,因此沒(méi)有a的極限面.a1a3a2a=a1+

a2+a3a+RRR=160C1=80000,g1=2000C2=10000,g2=200C3=2500,g3=0September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化下圖是C率無(wú)關(guān)塑性

...Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化材料可以用材料GUI或通過(guò)TB,CHAB命令輸入。TB,CHAB,mat,ntemp,nptsnpts=2n+1,式中n=隨動(dòng)模型數(shù)ntemp=溫度相關(guān)組數(shù)通過(guò)TBDATA輸入2n+1個(gè)材料常數(shù)C1為屈服應(yīng)力C2為第一個(gè)隨動(dòng)模型的C1

常數(shù)C3為第一個(gè)隨動(dòng)模型的g1

常數(shù)C4為第二個(gè)隨動(dòng)模型的C2

常數(shù)C5為第二個(gè)隨動(dòng)模型的g2

常數(shù)……一直到C11常數(shù)可以是溫度相關(guān)的(TBTEMP)September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化材料可以用率無(wú)關(guān)塑性

...Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化定義了所需的線性材料屬性(如EX,PRXY)之后,可以輸入Chaboche非線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型的2n+1個(gè)常數(shù)。注意常數(shù)也可與溫度有關(guān)。TB,CHAB,1,1,1TBTEMP,0TBDATA,1,yield,cons1,gamma1September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化定義了所需率無(wú)關(guān)塑性

...Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化和其它模型一樣,Chaboche可以是溫度相關(guān)的。用“AddTemperature”添加列數(shù)。對(duì)n個(gè)隨動(dòng)模型，Chaboche需要2n+1個(gè)常數(shù)。對(duì)材料參數(shù)定義用“AddRow”添加更多行。TB,CHAB,1,2,2TBTEMP,temp1TBDATA,1,yieldTBDATA,2,cons1a,gamma1aTBDATA,4,cons2a,gamma2aTBTEMP,temp2TBDATA,1,yieldTBDATA,2,cons1b,gamma1bTBDATA,4,cons2b,gamma2bSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化和其它模型率無(wú)關(guān)塑性

H.混合強(qiáng)化Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化中,屈服準(zhǔn)則是:

把R定義為等向強(qiáng)化變量而不是常數(shù)就可得到

混合強(qiáng)化。例如,如果采用Voce強(qiáng)化法則(NLISO),把R重定義為:

注意可以采用任何等向強(qiáng)化準(zhǔn)則定義R,即BISO、MISO，或NLISO。這導(dǎo)致屈服面的平移和膨脹。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

H.混合強(qiáng)化Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化中,率無(wú)關(guān)塑性

...混合強(qiáng)化混合強(qiáng)化適用于大應(yīng)變和循環(huán)加載?；旌蠌?qiáng)化模型可用于循環(huán)加載問(wèn)題來(lái)模擬棘輪、調(diào)整、循環(huán)強(qiáng)化/軟化(后面討論)。為定義混合強(qiáng)化，可以用TB命令或材料GUI(下一幻燈片):通過(guò)TB,CHAB和TBDATA命令定義Chaboche,在G部分中討論過(guò)。通過(guò)TB,BISO/MISO/NLISO和合適的TBDATA或TBPT命令定義等向強(qiáng)化準(zhǔn)則。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...混合強(qiáng)化混合強(qiáng)化適用于大應(yīng)變和循環(huán)加載率無(wú)關(guān)塑性

...混合強(qiáng)化若用菜單，混合強(qiáng)化準(zhǔn)則在右下角所示的材料GUI中。BISO,MISO及NLISO可與Chaboche組合。首先,定義線性彈性特性、Chaboche常數(shù),然后是雙線性等向強(qiáng)化參數(shù)。TB,CHAB,1,1,1TBTEMP,0TBDATA,1,yield,cons1,gamma1TB,BISO,1,1TBTEMP,0TBDATA,1,yield,modSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...混合強(qiáng)化若用菜單，混合強(qiáng)化準(zhǔn)則在右下角率無(wú)關(guān)塑性

...混合強(qiáng)化混合的Chaboche隨動(dòng)和等向強(qiáng)化常數(shù)可以與溫度有關(guān)。確保兩個(gè)模型的初始屈服應(yīng)力參數(shù)相同。CHAB的“C1(R)”常數(shù),BISO的“YieldStss”常數(shù),MISO的第一應(yīng)力應(yīng)變點(diǎn),NLISO的“Sigy0”常數(shù)。注意,如果CHAB和xISO(BISO/MISO/NLISO)的屈服應(yīng)力參數(shù)不同，xISO屈服應(yīng)力將忽略。由于等向強(qiáng)化用于屈服應(yīng)力的定義，這和期望值一致。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...混合強(qiáng)化混合的Chaboche隨動(dòng)率無(wú)關(guān)塑性

總結(jié)屈服準(zhǔn)則和強(qiáng)化準(zhǔn)則前面的討論圍繞屈服準(zhǔn)則和強(qiáng)化(即準(zhǔn)則的演化)?！案飨蛲浴焙汀案飨虍愋浴笨捎糜诿枋鰞烧撸半S動(dòng)”只能用于描述后者。隨動(dòng)強(qiáng)化是各向異性強(qiáng)化的一類,盡管因隨動(dòng)強(qiáng)化只用于屈服面的平移而有所差別。下面是屈服準(zhǔn)則、強(qiáng)化準(zhǔn)則及相應(yīng)的ANSYS材料模型的總結(jié):September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

總結(jié)屈服準(zhǔn)則和強(qiáng)化準(zhǔn)則September30,率無(wú)關(guān)塑性

...練習(xí)請(qǐng)參考附加練習(xí)題:練習(xí)4:Voce非線性等向強(qiáng)化September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...練習(xí)請(qǐng)參考附加練習(xí)題:Septembe循環(huán)加載I-J節(jié)循環(huán)加載I-J節(jié)率無(wú)關(guān)塑性

比例加載行為比例加載:在主應(yīng)力空間，任何通過(guò)原點(diǎn)的直線的載荷路徑被稱為比例加載。換言之，若主應(yīng)力比率保持不變，就是比例加載。213屈服面比例加載路徑主應(yīng)力比率

l2

和

l3

在模型中不同積分點(diǎn)不同，但在比例加載時(shí)，它們將保持不變.September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

比例加載行為比例加載:213屈服面比例加載率無(wú)關(guān)塑性

循環(huán)加載行為單調(diào)加載:單調(diào)加載僅指沒(méi)有發(fā)生卸載的情況。循環(huán)加載:循環(huán)加載指載荷換向的情況。在拉-壓循環(huán)加載中，金屬呈現(xiàn)硬化或軟化,取決于材料、溫度和初始狀態(tài)。在非對(duì)稱應(yīng)力控制情況中，會(huì)發(fā)生棘輪或調(diào)整。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

循環(huán)加載行為單調(diào)加載:September30,率無(wú)關(guān)塑性

...循環(huán)加載行為對(duì)稱加載:對(duì)稱加載指最小和最大值相同。例如，循環(huán)載荷+/-1200MPa就是循環(huán)對(duì)稱加載的一個(gè)例子。非對(duì)稱加載:非對(duì)稱加載循環(huán)在最小和最大載荷不等時(shí)發(fā)生。例如，循環(huán)載荷+10ksi和-6ksi是非對(duì)稱載荷。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...循環(huán)加載行為對(duì)稱加載:Septembe率無(wú)關(guān)塑性

I.循環(huán)強(qiáng)化循環(huán)強(qiáng)化

在對(duì)稱加載時(shí)發(fā)生。在應(yīng)變控制試驗(yàn)中，應(yīng)力范圍將增大。在應(yīng)力控制試驗(yàn)中，應(yīng)變范圍將減小。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

I.循環(huán)強(qiáng)化循環(huán)強(qiáng)化在對(duì)稱加載時(shí)發(fā)生。率無(wú)關(guān)塑性

...循環(huán)強(qiáng)化ControlledStressControlledStraintetsTB,CHAB,1TBDATA,1,980,224000,400TB,NLISOTBDATA,1,980,0,400,5TB,CHAB,1,,2TBDATA,1,980,224000,400,20000TB,NLISOTBDATA,1,980,0,400,5September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...循環(huán)強(qiáng)化ControlledStre率無(wú)關(guān)塑性

...循環(huán)強(qiáng)化循環(huán)強(qiáng)化的考慮事項(xiàng):

混合強(qiáng)化

可用于模擬循環(huán)強(qiáng)化。Chaboche(CHAB)加上任何等向強(qiáng)化準(zhǔn)則(BISO,MISO,NLISO)用于模擬循環(huán)強(qiáng)化。等向強(qiáng)化準(zhǔn)則將增大具有循環(huán)應(yīng)變的屈服應(yīng)力。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...循環(huán)強(qiáng)化循環(huán)強(qiáng)化的考慮事項(xiàng):Sept率無(wú)關(guān)塑性

...循環(huán)軟化循環(huán)軟化

在對(duì)稱加載時(shí)發(fā)生。在應(yīng)變控制試驗(yàn)中，應(yīng)力范圍將減小。在應(yīng)力控制試驗(yàn)中，應(yīng)變范圍將增大。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...循環(huán)軟化循環(huán)軟化在對(duì)稱加載時(shí)發(fā)生。率無(wú)關(guān)塑性

...循環(huán)軟化ControlledStressControlledStraintetsTB,CHAB,1TBDATA,1,980,224000,400TB,NLISOTBDATA,1,980,0,-400,5TB,CHAB,1,2TBDATA,1,980,224000,400,20000TB,NLISOTBDATA,1,980,0,-400,5September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...循環(huán)軟化ControlledStre率無(wú)關(guān)塑性

...循環(huán)軟化循環(huán)軟化的考慮事項(xiàng):Chaboche模型(CHAB)加上Voce非線性等向強(qiáng)化模型(NLISO)

用于模擬循環(huán)軟化。只有Voce非線性等向強(qiáng)化(NLISO)允許負(fù)的塑性斜率。注意，對(duì)大多數(shù)材料如金屬，負(fù)的應(yīng)力-應(yīng)變斜率是不實(shí)際的，因?yàn)樗馕吨牧喜环€(wěn)定(應(yīng)力隨塑性應(yīng)變?cè)龃蠖鴾p小)。然而，只要CHAB+NLISO導(dǎo)致隨著塑性流動(dòng)的增加而產(chǎn)生正的強(qiáng)化，就可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟牧夏M。NLISO等向強(qiáng)化準(zhǔn)則將降低具有循環(huán)應(yīng)變的屈服應(yīng)力(循環(huán)軟化)。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...循環(huán)軟化循環(huán)軟化的考慮事項(xiàng):Septe率無(wú)關(guān)塑性

J.棘輪和調(diào)整棘輪在非對(duì)稱

應(yīng)力控制加載時(shí)發(fā)生應(yīng)變?cè)诿恳粋€(gè)循環(huán)中逐漸增加。調(diào)整在非對(duì)稱

應(yīng)力控制加載時(shí)發(fā)生應(yīng)變?cè)诿恳粋€(gè)循環(huán)中存在漸進(jìn)穩(wěn)定性。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

J.棘輪和調(diào)整棘輪在非對(duì)稱應(yīng)力控制加載時(shí)率無(wú)關(guān)塑性

J.棘輪和調(diào)整LoadingControlledStressUnsymmetrytsRatchettingTB,CHAB,1TBDATA,1,980,224000,400ShakedownTB,CHAB,1,,2TBDATA,1,980,224000,400,20000September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

J.棘輪和調(diào)整LoadingtsRatche率無(wú)關(guān)塑性

...棘輪棘輪的考慮事項(xiàng):棘輪是在非對(duì)稱應(yīng)力控制循環(huán)加載時(shí)塑性應(yīng)變的累加。線性隨動(dòng)模型不能捕捉棘輪，如下所示(雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化BKIN例子):September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...棘輪棘輪的考慮事項(xiàng):September率無(wú)關(guān)塑性

...棘輪棘輪的考慮事項(xiàng)(續(xù)):另一方面，Chaboche模型CHAB的單一的非線性隨動(dòng)模型

(n=1)可可以捕捉棘輪，如下所示。左圖中，藍(lán)線說(shuō)明對(duì)稱加載次序。注意沒(méi)有棘輪發(fā)生，且是一個(gè)穩(wěn)定的循環(huán)。紅線說(shuō)明非對(duì)稱加載次序。因?yàn)樗苄孕甭什煌?由于后應(yīng)力的值),塑性應(yīng)變繼續(xù)累加。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...棘輪棘輪的考慮事項(xiàng)(續(xù)):左圖中，藍(lán)率無(wú)關(guān)塑性

...棘輪棘輪的考慮事項(xiàng)(續(xù)):發(fā)生棘輪是由于壓縮中初始斜率(A-B)和拉伸中斜率(C-D)不同。因?yàn)榧虞d是非對(duì)稱的，C-D鄰近于‘極限屈服面’,所以它的斜率更漸近。CDABSeptember30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...棘輪棘輪的考慮事項(xiàng)(續(xù)):CDABSe率無(wú)關(guān)塑性

...調(diào)整調(diào)整的考慮事項(xiàng):調(diào)整類似于棘輪，然而，塑性應(yīng)變不是穩(wěn)定地累加，而是在調(diào)整中變得停止。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...調(diào)整調(diào)整的考慮事項(xiàng):September率無(wú)關(guān)塑性

...調(diào)整調(diào)整的考慮事項(xiàng)(續(xù)):模擬調(diào)整的一種方式是在Chaboche中至少有兩個(gè)隨動(dòng)模型

(n=2).其中一個(gè)應(yīng)有g(shù)=0。一個(gè)隨動(dòng)模型有

gi0,這將提供棘輪效應(yīng)，如前所示。另一方面，另一個(gè)模型的

gi=0提供穩(wěn)定效應(yīng)。由于gi=0等效于雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化，因此對(duì)BKIN沒(méi)有棘輪。兩個(gè)模型共同作用，在一定數(shù)量的循環(huán)后將提供帶有穩(wěn)定性的棘輪，這稱為調(diào)整。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...調(diào)整調(diào)整的考慮事項(xiàng)(續(xù)):Septe率無(wú)關(guān)塑性

Chaboche模型材料參數(shù)的確定涉及一系列不同的試驗(yàn)。復(fù)雜地材料行為通過(guò)這些特定的試驗(yàn)被分解。下一頁(yè)中第一和第三個(gè)參考資料是學(xué)習(xí)材料描述知識(shí)的好的出發(fā)點(diǎn)。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

Chaboche模型材料參數(shù)的確定涉及一系列率無(wú)關(guān)塑性

Chaboche模型進(jìn)一步閱讀的參考資料:Lemaitre,J.andChaboche,J.L.,MechanicsofSolidMaterials,CambrigeUniversityPress,1990.Chaboche,J.L.,“ConstitutiveEquationsforCyclicPlasticityandCyclicViscoplasticity”,InternationalJournalofPlasticity,Vol.5,pp.247-302,1989.Chaboche,J.L.,“OnSomeModificationsofKinematicHardeningtoImprovetheDescriptionofRatchettingEffects”,InternationalJournalofPlasticity,Vol.7,pp.661-678,1991.September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

Chaboche模型進(jìn)一步閱讀的參考資料:SANSYS過(guò)程K節(jié)ANSYS過(guò)程K節(jié)率無(wú)關(guān)塑性

K.塑性問(wèn)題過(guò)程本節(jié)討論有關(guān)塑性模型分析的問(wèn)題。包括:單元選擇求解選項(xiàng)后處理下面的一般考慮事項(xiàng)對(duì)任何強(qiáng)化準(zhǔn)則(等向,隨動(dòng)或組合)或加載條件(比例或循環(huán))適用。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

K.塑性問(wèn)題過(guò)程本節(jié)討論有關(guān)塑性模型分析的問(wèn)率無(wú)關(guān)塑性

...塑性單元選擇選擇單元時(shí)有兩個(gè)主要考慮事項(xiàng):確保所選擇的單元支持所關(guān)心的塑性模型若預(yù)期有大應(yīng)變，確信所選擇的單元提供了合適的單元技術(shù)來(lái)處理幾乎不可壓縮材料行為。對(duì)大應(yīng)變問(wèn)題,低階單元因反向中間結(jié)點(diǎn)不是問(wèn)題而表現(xiàn)更穩(wěn)定。還是對(duì)大應(yīng)變問(wèn)題,推薦對(duì)預(yù)測(cè)的大應(yīng)變區(qū)域細(xì)化網(wǎng)格，這樣，單元質(zhì)量在求解過(guò)程中不至于惡化。如果是彎曲占優(yōu)的模型,采用適當(dāng)?shù)膯卧酱_保剪切鎖定不是問(wèn)題。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性單元選擇選擇單元時(shí)有兩個(gè)主要考慮事率無(wú)關(guān)塑性

...塑性單元選擇確保采用支持材料模型的適當(dāng)?shù)膯卧?‘核心’和18x系列單元支持NLISO,CHAB和HILL(這也包括BISO,MISO,BKIN,KINH/MKIN)。核心單元包括PLANE42,SOLID45,PLANE82,SOLID92,SOLID95。18x單元包括LINK180,SHELL181,PLANE182-183,SOLID185-187,BEAM188-189。廣義Hill勢(shì)(ANISO)不支持18x單元但支持‘核心’和下列單元:LINK1,PLANE2,LINK8,PIPE20,BEAM23,BEAM24,SHELL43,SHELL51,PIPE60,SOLID62,SOLID65,SHELL91,SHELL93,和SHELL143September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性單元選擇確保采用支持材料模型的適當(dāng)率無(wú)關(guān)塑性

...塑性單元選擇大應(yīng)變塑性要求可以處理幾乎不可壓縮情況的能力?？刹捎肂-Bar,增強(qiáng)應(yīng)變,URI和混合U-P。如果是彎曲占優(yōu)勢(shì)的問(wèn)題，要考慮通過(guò)增強(qiáng)應(yīng)變來(lái)防止剪切鎖定。因?yàn)?8x單元

可用高級(jí)單元技術(shù)(請(qǐng)參考本書(shū)第二章)而推薦采用。對(duì)PLANE182和SOLID185,推薦首先采用B-Bar(缺省)。如果問(wèn)題是明顯的彎曲占優(yōu)勢(shì)，則采用增強(qiáng)應(yīng)變公式。另一方面，如果不能肯定剪切鎖定是否是個(gè)問(wèn)題，則先用B-Bar,若關(guān)心精度的話再轉(zhuǎn)換到增強(qiáng)應(yīng)變。也可采用高階單元PLANE183和SOLID186-187。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性單元選擇大應(yīng)變塑性要求可以處理幾乎率無(wú)關(guān)塑性

...塑性求解選項(xiàng)包含塑性的模型的求解類似于其它非線性問(wèn)題，但求解帶有塑性的模型時(shí)有一些特殊的考慮。MainMenu>Solution>-AnalysisType-Sol’nControl…SolutionControls>-BasicTab-AnalysisOptions需要時(shí)指定大位移求解(NLGEOM,ON)。推薦缺省求解控制(SOLCONTROL)設(shè)置。缺省時(shí)，求解控制打開(kāi)。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性求解選項(xiàng)包含塑性的模型的求解類似于率無(wú)關(guān)塑性

...塑性求解選項(xiàng)記住塑性是路徑相關(guān)或非保守的現(xiàn)象，因?yàn)槟芰坑捎谒苄詰?yīng)變被耗散。路徑相關(guān)問(wèn)題取決于載荷歷史。載荷需要逐漸地施加以保證捕捉載荷歷史的精度。因此，非保守系統(tǒng)需要很多子步來(lái)捕捉路徑相關(guān)。子步數(shù)(NSUBST)和二分控制(CUTCON)可幫助達(dá)到所需的精度的水平。監(jiān)視文件(jobname.mntr)對(duì)保證所有的子步都沒(méi)有太大的塑性應(yīng)變是有用的(即，太少的子步，沒(méi)有精確捕捉路徑)。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性求解選項(xiàng)記住塑性是路徑相關(guān)或非保率無(wú)關(guān)塑性

...塑性求解選項(xiàng)應(yīng)指定恰當(dāng)?shù)淖硬綌?shù)(NSUBST)以保證塑性應(yīng)變計(jì)算的精度。SolutionControls>-BasicTab-TimeControl采用初始、最小、最大子步數(shù)(NSUBST)來(lái)完成。當(dāng)ANSYS需要二分求解時(shí)，確保指定一個(gè)足夠大的最大子步數(shù)(下面討論)。同樣，確保最小子步數(shù)是合理的。一般應(yīng)指定一個(gè)大于缺省值1的值。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性求解選項(xiàng)應(yīng)指定恰當(dāng)?shù)淖硬綌?shù)(NS率無(wú)關(guān)塑性

...塑性求解選項(xiàng)采用二分控制(CUTCONTROL)指定最大等效塑性應(yīng)變?cè)隽?。SolutionControls>-NonlinearTab-CutbackControlCUTCONTROL,PLSLIMIT,plvalue

將強(qiáng)加給plvalue最大的等效塑性應(yīng)變?cè)隽?。缺省時(shí),plvalue為15%。在一個(gè)時(shí)間步中,如果ANSYS計(jì)算的塑性應(yīng)變?cè)隽看笥趐lvalue,則求解將自動(dòng)二分直到滿足塑性應(yīng)變?cè)隽繕O限或達(dá)到最小的時(shí)間步。該命令確保了塑性響應(yīng)被充分捕捉。請(qǐng)記住這是塑性應(yīng)變?cè)隽?而不是塑性應(yīng)變本身的實(shí)際值。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性求解選項(xiàng)采用二分控制(CUTCO率無(wú)關(guān)塑性

...塑性求解選項(xiàng)求解過(guò)程中，監(jiān)視文件(jobname.mntr)提供了整個(gè)模型的最大等效塑性應(yīng)變?cè)隽康囊挥[表。可以檢查哪個(gè)子步發(fā)生了較多的塑性應(yīng)變。

SOLUTIONHISTORYINFORMATIONFORJOB:extrude.mntrANSYSRELEASE6.015:43:0808/17/2001LOADSUB-NO.NO.TOTLINCREMENTTOTALVARIAB1VARIAB2VARIAB3STEPSTEPATTMPITERITERTIME/LFACTTIME/LFACTMONITORMONITORMONITORCPUMxDsMxPl1138160.24500E-020.24500E-0236.8590.98000E-010.78886E-301211170.24500E-020.49000E-0241.9840.196000.78886E-301311180.36750E-020.85750E-0246.3440.343000.78886E-301413210.55125E-020.14087E-0155.1410.568400.78886E-301514250.55125E-020.19600E-0166.1880.810040.10024E-011613280.82687E-020.27869E-0175.1561.21910.46599E-011711290.12403E-010.40272E-0179.7811.83420.71383E-011813320.18605E-010.58877E-0189.0002.80690.118111913350.18605E-010.77481E-0197.9533.69520.68734E-0111022470.13954E-010.91435E-01126.024.35860.62924E-0111112490.13954E-010.10539133.145.02050.65091E-0111213520.20930E-010.12632142.386.00580.68586E-0111314560.31395E-010.15771154.027.52880.1362011423690.12102E-010.16982184.558.10990.37285E-0111512710.12102E-010.18192191.728.69830.50149E-0111611720.18152E-010.20007196.809.58430.80046E-0111714760.27229E-010.22730207.8910.9070.79968E-0111812780.27229E-010.25453215.4212.2310.1134411923880.12601E-010.26713239.2512.8410.35480E-01September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...塑性求解選項(xiàng)求解過(guò)程中，監(jiān)視文件(j率無(wú)關(guān)塑性

...查看塑性結(jié)果可以查看塑性的各種量，列舉一些如下:EPPL–塑性應(yīng)變EPPL,EQV是基于當(dāng)前塑性應(yīng)變分量的等效塑性應(yīng)變。在6.0版本中,對(duì)實(shí)體/平面/殼單元EPPL,EQV被計(jì)算并存儲(chǔ)在結(jié)果文件中,因此不需發(fā)出AVPRIN,,effnu。前已述及對(duì)各向異性材料和可壓縮非彈性應(yīng)變?cè)谠u(píng)價(jià)等效塑性應(yīng)變時(shí)需要小心

(塑性流動(dòng)不垂直于屈服面:DP)。NL–非線性項(xiàng)NL,HPRES是靜水壓力。檢查NL,HPRES以驗(yàn)證沒(méi)有發(fā)生體積鎖定。如果發(fā)生,可能需要混合U-P公式。NL,EPEQ是累加的等效塑性應(yīng)變(EPPL,EQV增量的總和)SEND–應(yīng)變能密度SEND,PLAS是塑性應(yīng)變能密度September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...查看塑性結(jié)果可以查看塑性的各種量，列舉率無(wú)關(guān)塑性

...查看塑性結(jié)果可以用PLESOL,PLNSOL命令來(lái)繪出結(jié)果。也能用GUI，如下所示:MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>NodalSolu…MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ElementSolu…右邊的對(duì)話框中,在左邊選擇塑性應(yīng)變種類。在右邊選項(xiàng)中可選擇分量、主應(yīng)變和等效塑性應(yīng)變。注意,在6.0版本中,不需要EffNu，計(jì)算和存儲(chǔ)實(shí)際的等效塑性應(yīng)變。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...查看塑性結(jié)果可以用PLESOL,P率無(wú)關(guān)塑性

...查看塑性結(jié)果描繪塑性應(yīng)變能量密度的實(shí)例(SEND,PLAS)September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...查看塑性結(jié)果描繪塑性應(yīng)變能量密度的實(shí)例率無(wú)關(guān)塑性

...練習(xí)請(qǐng)參考附加練習(xí)題:練習(xí)5:Chaboche非線性隨動(dòng)強(qiáng)化September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...練習(xí)請(qǐng)參考附加練習(xí)題:Septembe高級(jí)率無(wú)關(guān)塑性第三章高級(jí)率無(wú)關(guān)塑性第三章率無(wú)關(guān)塑性

本章概述本章討論結(jié)構(gòu)非線性基礎(chǔ)中沒(méi)有包括的一些率無(wú)關(guān)塑性模型。盡管包括率無(wú)關(guān)塑性的一些基本原理，本章仍是面向已經(jīng)熟悉ANSYS中普通各向同性和隨動(dòng)強(qiáng)化模型(BISO,MISO,BKIN,MKIN/KINH)的用戶。大部分討論將圍繞金屬非彈性。若可行的話，很多概念可以擴(kuò)展到其它材料。例如,Drucker-Prager一般用于顆粒狀材料。September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

本章概述本章討論結(jié)構(gòu)非線性基礎(chǔ)中沒(méi)有包括的率無(wú)關(guān)塑性

...本章概述本章包括下列主題:A.率無(wú)關(guān)塑性的背景B.vonMises屈服準(zhǔn)則C.各向異性/Hill勢(shì)(HILL)D.

各向異性/廣義Hill勢(shì)(ANISO)E.Voce非線性等向強(qiáng)化(NLISO)F.線性隨動(dòng)強(qiáng)化G.Chaboche非線性隨動(dòng)強(qiáng)化(CHAB)H.混合強(qiáng)化(CHAB+xISO)I.循環(huán)強(qiáng)化和循環(huán)軟化J.棘輪和調(diào)整K.ANSYS對(duì)塑性過(guò)程的考慮September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

...本章概述本章包括下列主題:Septemb率無(wú)關(guān)塑性

A.塑性背景彈性回顧:討論塑性之前，先回顧一下金屬的彈性。彈性響應(yīng)中，如果產(chǎn)生的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，卸載時(shí)材料可完全恢復(fù)到原來(lái)的形狀。從金屬的觀點(diǎn)看，這種行為是因?yàn)檠由斓珱](méi)有破壞原子間化學(xué)鍵。因?yàn)閺椥允怯捎谠渔I的延伸，所以是完全可恢復(fù)的。而且這些彈性應(yīng)變往往是小的。金屬的彈性行為最常用虎克定律的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系描述:September30,2001率無(wú)關(guān)塑性

A.塑性背景彈性回顧:September率無(wú)關(guān)塑性

...塑性背景塑性回顧:延性金屬中也會(huì)遇到非彈性或塑性響應(yīng)。超過(guò)屈服應(yīng)力是塑性區(qū)域，塑性區(qū)域中卸載后殘留一部分永久變形。如果考慮在分子層次上發(fā)生了什么