工程材料的本构关系.课件.ppt
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- 工程 材料 关系 课件
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1、第3章 工程材料的本构关系1.1.概述概述描述工程材料作用与其作用效应之间的数描述工程材料作用与其作用效应之间的数学表达式称为材料的学表达式称为材料的本构关系本构关系或或本构方程。本构方程。连续介质模型连续介质模型:将微观上由无数分子组成:将微观上由无数分子组成的物体在宏观上视作由大量质点组成的连的物体在宏观上视作由大量质点组成的连续介质。即质点具有宏观充分小、微观充续介质。即质点具有宏观充分小、微观充分大的特点。分大的特点。第3章1第1页,共50页。弹性、塑性弹性、塑性和和粘性粘性是连续介质的三种基本性是连续介质的三种基本性 质。理想的弹性模型、理想的塑性模型(刚质。理想的弹性模型、理想的塑
2、性模型(刚 塑性模型)和理想的粘性模型是分别与这三种塑性模型)和理想的粘性模型是分别与这三种 性质相应的理想模型。性质相应的理想模型。迄今建立的工程材料的本构模型主要有:迄今建立的工程材料的本构模型主要有:l 弹性模型;弹性模型;l 弹塑性模型;弹塑性模型;l 粘弹塑性模型;粘弹塑性模型;l 损伤模型;损伤模型;l 内蕴时间塑性模型。内蕴时间塑性模型。第3章2第2页,共50页。在线弹性力学分析中,均假定材料的本构在线弹性力学分析中,均假定材料的本构 关系为理想的线弹性体,即符合虎克定律。关系为理想的线弹性体,即符合虎克定律。材料本构关系的非线性将导致结构的受力材料本构关系的非线性将导致结构的受
3、力 行为表现出非线性,这种非线性称为结构行为表现出非线性,这种非线性称为结构 的物理非线性或材料非线性。的物理非线性或材料非线性。第3章3第3页,共50页。2.2.材 料 的 弹 性、塑 性、粘 性材 料 的 弹 性、塑 性、粘 性 以及线性和非线性以及线性和非线性 材料的弹性和塑性第3章4第4页,共50页。l 应力为应力为时的总应变时的总应变,e+pe弹性变形,卸载后可恢复的变形;弹性变形,卸载后可恢复的变形;p塑性变形,卸载后不可恢复的变形。塑性变形,卸载后不可恢复的变形。l 材料的弹性变形与加载过程和时间无关。材料的弹性变形与加载过程和时间无关。l 材料的塑性变形与时间无关,但与加载材料
4、的塑性变形与时间无关,但与加载 过程有关。过程有关。第3章5第5页,共50页。材料的粘性l 粘性是流体的基本特性。粘性是流体的基本特性。l 当流体一旦运动,流体内部就具有抵抗剪当流体一旦运动,流体内部就具有抵抗剪切变形的特性,流体内部以内摩擦力的形切变形的特性,流体内部以内摩擦力的形式抵抗流层之间的相对运动,流体的这种式抵抗流层之间的相对运动,流体的这种特性即为运动流体的特性即为运动流体的粘性粘性。l 固体材料的粘性反映的是固体材料内部质固体材料的粘性反映的是固体材料内部质点的粘性流动。点的粘性流动。l 材料的材料的粘性变形粘性变形是指受力后材料产生的不是指受力后材料产生的不可回复的且与时间有
5、关的变形。可回复的且与时间有关的变形。第3章6第6页,共50页。弹性材料 线弹性材料线弹性材料 非线性弹性材料非线性弹性材料 E()tEdE d 第3章7第7页,共50页。塑性材料理想(刚)塑性材料第3章8第8页,共50页。弹塑性材料第3章9第9页,共50页。理想的弹塑性模型理想的弹塑性模型 线性强化的弹塑性模型线性强化的弹塑性模型第3章10第10页,共50页。粘性材料 理想粘性材料理想粘性材料ttddtddt第3章11第11页,共50页。粘弹性材料 线性粘弹性材料线性粘弹性材料12tt,12 tt弹性弹性粘弹性粘弹性()f t第3章12第12页,共50页。非线性粘弹性材料非线性粘弹性材料12
6、tt,12 tt弹性弹性粘弹性粘弹性(,)ft第3章13第13页,共50页。粘塑性和粘弹塑材料l 当材料仅在塑性阶段才表现出明显粘性时,当材料仅在塑性阶段才表现出明显粘性时,称为称为粘塑性材料粘塑性材料;当材料在弹性阶段和塑性;当材料在弹性阶段和塑性阶段均表现出明显粘性时,称为阶段均表现出明显粘性时,称为粘弹塑性粘弹塑性材料材料。第3章14第14页,共50页。三种基本元件l 弹性元件弹性元件Hooke 体或弹簧元件;体或弹簧元件;l 塑性元件塑性元件St.Venant 体或滑块元件;体或滑块元件;l 粘性元件粘性元件Newton 体或阻尼元件。体或阻尼元件。第3章15第15页,共50页。EE弹
7、性元件,=0,0 ff塑性元件ddt粘性元件f第3章16第16页,共50页。三种基本元件中的两个或三个的不同组合三种基本元件中的两个或三个的不同组合 即可刻划出不同的本构关系。即可刻划出不同的本构关系。第3章17第17页,共50页。3.3.混凝土单向受压时的本构关系混凝土单向受压时的本构关系第3章18第18页,共50页。l 混凝土强度等级越高,线弹性混凝土强度等级越高,线弹性段越长,峰值应变也有所增大。段越长,峰值应变也有所增大。但高强混凝土中,砂浆与骨料的但高强混凝土中,砂浆与骨料的粘结很强,密实性好,微裂缝很粘结很强,密实性好,微裂缝很少,最后的破坏往往是骨料破坏,少,最后的破坏往往是骨料
8、破坏,破坏时脆性越显著,下降段越陡。破坏时脆性越显著,下降段越陡。不同强度混凝土的应力应变关系曲线特征-第3章19第19页,共50页。l采用无量纲坐标采用无量纲坐标x=/0,y=/fc,y=/fc x=11DEdy x=0,y=0,dEs/E0 x 0 x 1,0dd22xy x=1,0ddxy,y=1 拐点D,22ddxyxd=0,xd1 曲率最大点E,33ddxyxe=0,xe xd 当x时,y0,0ddxy x0,0y 1 混凝土应力-应变全曲线的几何特征第3章20第20页,共50页。混凝土的弹性模量Ec=tan 原点切线模量原点切线模量0ddEcNoImage割线模量割线模量cENoI
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