弹塑性力学应变分析优秀课件.ppt

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1、弹塑性力学应变分析第1页，本讲稿共23页3-1 3-1 相对位移张量和应变张量相对位移张量和应变张量xyzO一一.一点的相对位移张量一点的相对位移张量P设设 点的位移分量为点的位移分量为相邻一点相邻一点AA1P1位移分量为位移分量为两点间的位移（矢量）差两点间的位移（矢量）差将将 在在 处展开，并忽略高阶项，则处展开，并忽略高阶项，则第2页，本讲稿共23页 相对位移张量一般为非对称张量。相对位移张量一般为非对称张量。相对位移张量反映了一点相对位移的总体情况，既包含了因相对位移张量反映了一点相对位移的总体情况，既包含了因刚体位移产生的相对位移，又包含了因变形位移产生的相对位移；刚体位移产生的相对

2、位移，又包含了因变形位移产生的相对位移；称为称为P P点的点的相对位移张量相对位移张量第3页，本讲稿共23页二二.转动张量转动张量xyzOPAA1P1设设若为刚体位移，则若为刚体位移，则展开展开第4页，本讲稿共23页由由dxidxj的任意性，其项前系数为零。即的任意性，其项前系数为零。即所以所以位移转动张量必为反对称张量。位移转动张量必为反对称张量。满足此条件的相对位移张满足此条件的相对位移张量称为量称为相对刚体位移张量相对刚体位移张量或或转动张量转动张量第5页，本讲稿共23页将相对位移张量分解为将相对位移张量分解为其中第二项其中第二项 第一项为不包含刚体位移的相对位移张量，即由变形产生的相对

3、位第一项为不包含刚体位移的相对位移张量，即由变形产生的相对位移张量。称为移张量。称为应变张量应变张量，记为，记为 。三三.应变张量应变张量反对称，即为转动张量，记为反对称，即为转动张量，记为第6页，本讲稿共23页应变张量是对称张量应变张量是对称张量第7页，本讲稿共23页3-2 3-2 几何方程几何方程Cauchy方程方程xyzOP 建立应变与位移的关系，揭示应变张量各分量的物理意义建立应变与位移的关系，揭示应变张量各分量的物理意义考察考察P点，点，分别沿分别沿 x、y、z正向引三正交线正向引三正交线元元 r、s、t变形后变形后P点移动到点移动到P点点P 三线元的长度和相对夹角也发生变化三线元的

4、长度和相对夹角也发生变化将三线元变形前后的位置分别向三坐标将三线元变形前后的位置分别向三坐标面投影，建立其应变和位移的关系面投影，建立其应变和位移的关系投影引起的误差为高阶微量以向以向yz平面投影分析为例平面投影分析为例第8页，本讲稿共23页设设P点的坐标为点的坐标为 y、zs、t 的长度为的长度为dy、dz点点P到P 的位移为的位移为 v、ws点到点到s 的位移为的位移为 vs、ws由正应变的定义由正应变的定义由切应变的定义由切应变的定义t点到点到t 的位移为的位移为 vt、wtyzOPP 第9页，本讲稿共23页若向若向xy平面投影同理可得平面投影同理可得若向若向zx平面投影同理可得平面投影

5、同理可得综合之综合之此方程组表明了应变与位此方程组表明了应变与位移的关系，称为移的关系，称为几何方程几何方程或或Cauchy方程方程对比应变张量各分量，可见对比应变张量各分量，可见第10页，本讲稿共23页 应变张量分量与工程应变的原始定义完全相同，但应变张量分量与工程应变的原始定义完全相同，但工工程切应变是角应变分量的程切应变是角应变分量的2 2倍倍，故一点应变状态可由应变张，故一点应变状态可由应变张量描述量描述几何方程可表示为几何方程可表示为第11页，本讲稿共23页3-3 3-3 应变张量的性质应变张量的性质由于应变张量是对称二阶张量，因此与应力张量具有类似的性质由于应变张量是对称二阶张量，

6、因此与应力张量具有类似的性质一一.任意方向的正应变和任意两垂直方向的切应变任意方向的正应变和任意两垂直方向的切应变1.1.设一点的应变状态为设一点的应变状态为ij ，则该点任意方向，则该点任意方向N(l1,l2,l3)正应变正应变2.2.设一点的应变状态为设一点的应变状态为ij ，两垂直方向分别为，两垂直方向分别为 r(l1,l2,l3)和和 s(l1,l2,l3)，则该点则该点rs方向上的切应变方向上的切应变二二.应变状态的坐标变换应变状态的坐标变换 设一点的应变状态在设一点的应变状态在 Oxyz 坐标系下的应变张量为坐标系下的应变张量为ij ，旋转后的坐，旋转后的坐标系为标系为 Oxyz，

7、两坐标系间的方向余弦为两坐标系间的方向余弦为lij，则，则第12页，本讲稿共23页三三.主主应变、主方向应变、主方向 设一点的应变状态为设一点的应变状态为ij，xyzOrst123 过此点可作任意组三向正交线元，过此点可作任意组三向正交线元，总存在一组线元在变形前后始终保持正交，即两两方向上的切应变为零。总存在一组线元在变形前后始终保持正交，即两两方向上的切应变为零。将该组线元方向称为将该组线元方向称为应变主方向应变主方向，沿主方向的正应变称为，沿主方向的正应变称为主应变主应变。（该组线元所构成的三轴又称为。（该组线元所构成的三轴又称为应变主轴应变主轴，两两线元构成的平，两两线元构成的平面称为

8、面称为应变主平面应变主平面。）。）由以上定义，类似主应力分析可得由以上定义，类似主应力分析可得1.1.主平面（主方向）方程主平面（主方向）方程其中其中 为主应变，为主应变，lj 为主方向为主方向第13页，本讲稿共23页2.2.主应变方程（特征方程）主应变方程（特征方程）3.3.应变不变量应变不变量三实根按三实根按 1 2 3 排序排序第14页，本讲稿共23页4.4.最大最小应变最大最小应变最大正应变最大正应变 max 1最小正应变最小正应变 min 3最大最小切应变最大最小切应变5.5.八面体应变八面体应变八面体表面法线方向的正应变八面体表面法线方向的正应变八面体表面上两正交方向的切应变八面体

9、表面上两正交方向的切应变6.6.应变强度应变强度第15页，本讲稿共23页四四.体积应变和体积应变和应变张量分解应变张量分解1.1.体积应变体积应变 由正交三线元可构成一微元体，考由正交三线元可构成一微元体，考察变形前后微元体体积的变化。察变形前后微元体体积的变化。xyzOP变形前微元体体积变形前微元体体积变形后微元体边长变形后微元体边长其中，其中，表示切应变的高价微量表示切应变的高价微量变形后微元体体积变形后微元体体积第16页，本讲稿共23页定义定义体积应变体积应变可见应变张量的第一不变量的物理意义为体积应变可见应变张量的第一不变量的物理意义为体积应变考察位移场考察位移场即即其散度其散度说明应

10、变张量的第一不变量或体积应变的数学意义为位移场的散度说明应变张量的第一不变量或体积应变的数学意义为位移场的散度当当=0时，称为物体是不可压缩的，因此不可压缩的条件为：时，称为物体是不可压缩的，因此不可压缩的条件为：应变张量的第一不变量为零应变张量的第一不变量为零或或位移场的散度为零位移场的散度为零第17页，本讲稿共23页2.2.应变张量的分解应变张量的分解与应力张量的分解类似，可将应变张量分解为球张量和偏张量与应力张量的分解类似，可将应变张量分解为球张量和偏张量其中其中只有体积改变而无形状改变只有体积改变而无形状改变只有形状改变只有形状改变而无体积改变而无体积改变第18页，本讲稿共23页不变量

11、不变量第19页，本讲稿共23页3-4 3-4 变形协调方程变形协调方程一一.问题的提出问题的提出 1.1.根据连续性假定，受力物体在变形前后都是连续的。根据连续性假定，受力物体在变形前后都是连续的。3.3.由于几何方程是导出关系，数学上它们之间并不是相互独立的，由于几何方程是导出关系，数学上它们之间并不是相互独立的，而存在着一定的相互制约关系。而存在着一定的相互制约关系。2.2.由几何方程可知，给定位移函数由几何方程可知，给定位移函数ui可唯一地确定应变分量可唯一地确定应变分量ij。4.4.物理上，相互独立的应变分量不能保证物体的连续性，物体内在变物理上，相互独立的应变分量不能保证物体的连续性

12、，物体内在变形时会出现分裂和重叠。形时会出现分裂和重叠。二二.变形协调关系变形协调关系应变分量间的关系应变分量间的关系考察几何方程考察几何方程在在xy平面内平面内第20页，本讲稿共23页所以所以同理，考察同理，考察yz和和zx平面可得平面可得故得第一组变形协调方程故得第一组变形协调方程考察考察第21页，本讲稿共23页故得第二组变形协调方程故得第二组变形协调方程如果作不同的数学运算组合可得若干组变形协调方程如果作不同的数学运算组合可得若干组变形协调方程 若把几何方程和变形协调方程视为泛定方程组，因仅联系九个量若把几何方程和变形协调方程视为泛定方程组，因仅联系九个量（六个应变、三个位移），需九个独

13、立方程。而几何方程有六个，故在（六个应变、三个位移），需九个独立方程。而几何方程有六个，故在若干组变形协调方程中，只有三个方程独立。若干组变形协调方程中，只有三个方程独立。需要指出，变形协调方程是应变张量的禀性方程。即，满足需要指出，变形协调方程是应变张量的禀性方程。即，满足变形协调方程是任何真实应变张量的必要条件。变形协调方程是任何真实应变张量的必要条件。第22页，本讲稿共23页3-5 3-5 位移边界条件位移边界条件 给定边界上的位移和约束情况（如沉降，固定等），被称为给定边界上的位移和约束情况（如沉降，固定等），被称为位移边界。位移边界。即即例：例：ABCDxy1.AD边：限定位移为零。边：限定位移为零。其中其中s为给定边界为给定边界表现为曲面（线）方程表现为曲面（线）方程弹性层弹性层ABCDzhO弹性半空间弹性半空间2.AB边：分界面边：分界面s位移连续。位移连续。设弹性层位移为设弹性层位移为ui弹性半空间位移为弹性半空间位移为ui则则第23页，本讲稿共23页