周筑宝
影响强度准则的三个因素
2020-5-27 17:22
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经典强度理论中的能量理论实际上是认为:强度准则应该是一个促使材料发生屈服或破坏的能量蓄积程度表达式,因而它应与材料屈服或破坏前的本构关系有关。但这种认识由于遭到在实际应用中的失败而长期未受到强度理论研究者的重视。塑性力学中的Drucker假设则建立了屈服准则与材料屈服后的本构关系之间的联系,但长期以来这种联系更多地是被用来建立材料屈服后的增量型本构关系,而对它有可能被用来建立屈服准则的一面却受到了忽视。文献[1]中关于同一种材料于某一些应力状态时发生流动,而于另一些应力状态时则脆性破坏;并且不存在从一种类型应力状态向另一种类型应力状态转变的然界线的论断则意味着:强度准则与促使材料发生屈服或破坏的应力状态也是有关系的。以上情况表明,虽然研究者们早就已经意识到了强度准则应该与材料屈服或破坏前后的性能(如本构关系和一些有关的材料参数),以及促使材料屈服或破坏的应力状态这三个影响因素有关,但由于对这三个影响因素的认识是零散的,因此在实际建立强度准则时,这三个影响因素常常受到了不同程度的忽视,以致在现有的常用强度理论体系中还找不出一个能够同时反映屈服或破坏前后材料性能以及应力状态影响的强度准则。鉴于材料的强度确实与材料屈服或破坏前、后的性能以及促使材料发生屈服或破坏的应力状态有关,因此忽略了上述三因素中的任何一个影响因素,都将对准则的精度及其适用范围产生不利的影响。

    文献[23]实际上就是在充分考虑上述三影响因素的前提下来建立强度准则的。由按此新思路建立砼强度准则及正交各向异性材料强度准则的推导过程可见,具有待定系数的准则表达式,将主要由材料发生破坏前的性能决定,而准则表达式中的待定系数则与材料破坏过程中的性能及促使材料发生屈服或破坏的应力状态有关。与材料强度有关的三个因素,在材料的屈服或破坏耗能应受到最小耗能原理规范的条件下,被同时溶合到按此新思路建立的新准则之中,因此新准则将不存在由于忽略某个影响因素而可能对准则精度及其适用范围带来的不利影响。

综上,虽然在此之前已经零散地知道材料的强度与材料屈服或破坏前后的性能有关、与促使材料屈服或破坏的应力状态有关,但对它们之间究竟是一种什么样的关系的认识却很模糊,以致在实际建立强度准则时,在大多数情况下只注意到了应力状态一个影响因素而忽视了另两个因素。文献[23]提出的新理论则将它们之间的相互影响关系,通过最小耗能原理溶合在一起并使之得到具体化和确定化。例如已如前述,由文献[23]可见,决定强度准则基本形式的因素是材料发生屈服或破坏前的性能。材料在屈服或破坏过程中的性能则只影响上述强度准则基本形式中的待定系数。而应力状态对强度准则的影响则是:如果它对材料屈服或破坏前的性能无明显的影响,则应力状态只会影响上述强度准则基本形式中的待定系数;如果应力状态情况比较极端(例如三向受拉或三向受压时,平均应力比较大的情况),以致对材料屈服或破坏前的性能影响显著时,则它也会对强度准则的基本形式产生影响。文献[23]表明,对砼而言应力状态对强度准则的影响,主要只涉及强度准则基本形式中的待定系数。显然,以上结论将有利于加深人们对影响强度准则各因素所起作用的认识。

 

参考文献

 

[1] Г.С.皮萨林科, А А 列别捷夫. 复杂应力状态下的材料变形与强度. 科学出版社, 1983.

[2] 周筑宝. 最小耗能原理及其应用. 北京: 科学出版社, 2001.

[3] 周筑宝, 唐松花. 最小耗能原理及其应用(增订版). 长沙: 湖南科学技术出版社, 2012.


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