五种常见的屈服准则
几种屈服准则的屈服应力比较分析
几种屈服准则的屈服应力比较分析一、几种常见屈服准则1 Tresca屈服准则Tresca屈服条件：当最大切应力达到某一极限值时，材料开始进入塑性状态，（σ1≥σ2≥σ3时）τmax=σ1−σ32=σs2（1）2双T2屈服准则首先建立双剪力代数和表达式：T1=τ12+τ13T2=τ21+τ23T3=τ31+τ32（2）式中τ12=−τ21，τ13=−τ31，τ23=−τ32剪应力与主应力关系为：τ13=σ1−σ32，τ12=σ1−σ22，τ23=σ2−σ32双T2屈服条件认为，材料屈服决定于两个绝对值较大的双剪力的代数和，即T1和T3，其数学表达式为:T12+T32=C（3）常数C可以有单轴拉伸试验确定：C=5σs2带入（3）式为：T12+T32=5σs2 43 Mises屈服准则由于Tresca屈服条件在主应力未知情况下的表达式过于复杂，于是Vion Mises建议用J2=C来拟合试验点，即所谓的Mises屈服条件。
在主应力状态下为σ1−σ22+σ2−σ32+σ3−σ12=2σs24双τ2屈服准则由于τ12+τ23+τ31=0，3个剪应力中只有两个是独立的，因此设想材料的屈服决定于两个较大的主剪应力，其数学表达式为τ132+max τ122，τ232=C常数C也可以有单轴拉伸试验确定：C=σs2 2带入上式为：τ132+max τ122，τ232=σs25双剪屈服准则假设认为，当单元体的两个较大的主切应力 τ13和max τ12，τ23之和到达某一极限时，材料发生屈服。
其数学表达式为：τ13+ max τ12，τ23=C常数C同样可以有单轴拉伸试验确定C=σs带入上式为τ13+ max τ12，τ23=σs 二、屈服准则比较Lode应力参数μσ为μσ=2σ2−σ1−σ313−1≤μσ≤1则上述几种屈服准则可改写成σs=fμσσ1−σ3的形式，分别为Tresca屈服准则：σsTresca=1×σ1−σ3双T2屈服准则：σsD T2=9+μσ2σ1−σ3Mises屈服准则:σsMises=3+μσ22σ1−σ3双τ2屈服准则：σsDτ2=21+1+μσ2σ1−σ3双剪屈服准则：σsDJ=3+μσσ1−σ3讨论代数式fμσ（Tresca屈服准则除外，因为此时fμσ=1为常函数），可知：当1≤μσ≤0时，函数fμσ都是减函数；当0≤μσ≤1时，函数fμσ是增函数；即当μσ=±1时，函数fμσ取得最大值，max=1；当μσ=0时，函数fμσ取得最小值。
五种常见的屈服准则及其适 用范围
五种常见的屈服准则及其适用范围屈服准则表示在复杂应力状态下材料开始进入屈服的条件，它的作用是控制塑性变形的开始阶段。
屈服条件在主应力空间中为屈服方程。
1.几种常用的屈服准则五种常用的屈服准则，它们分别是Tresca准则，Von-Mises准则 ，Mnhr- Coulomb准则，Drucker Prager准则，Zienkiewicz-Pande准则。
其中后三种适用于混凝土和岩土材料的准则1.1 Tresca屈服准则当最大剪应力达到一定数值时，材料开始屈服。
这就是Tresca屈服条件，也称为最大剪应力条件。
规定时，上式可表示为：如果不知道的大小顺序，则屈服条件可写为:换言之当变形体或质点中的最大切应力达到某一定值时，材料就发生屈服。
或者说，材料处于塑性状态时，其最大切应力是一个不变的定值，该定值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。
所以Tresca屈服准则又称为最大切应力不变条件。
这种模型与静水压力无关，也不考虑中间应力的影响。
在平面上屈服条件为一个正六边形，在主应力空间内，屈服曲面为一个正六面柱体。
Tresca屈服准则不足之处就是不包含中间主应力，没有反映中间主应力对材料屈服的影响。
1.2 Mises屈服准则当与物体中的一点应力状态对应的畸变能达到某一极限值时，该点便产生屈服，其表达式为或 其中， 为常数，可根据简单拉伸试验求得，或根据纯剪切试验来确定， 它所代表的屈服面是一个以空间对角线为轴的圆柱体，在平面上屈服条件是一个圆。
这时有: 换言之当等效应力达到定值时，材料质点发生屈服，该定值与应力状态无关。
或者说，材料处于塑性状态时，其等效应力是不变的定值，该定值取决于材料变形时的性质，而与应力状态无关。
Mises屈服准则的物理意义：当材料的单位体积形状改变的弹性能达到某一常数时，质点就发生屈服。
故Mises屈服准则又称为能量准则。
1.3 Mnhr Coulomb准则Tresca屈服条件和Mises屈服条件主要是对金属材料成立的两个屈服条件，但是这两个屈服条件如果简单地应用于岩土材料，会引起不可忽视的偏差。
简答题(屈服准则)
简答题：两个屈服准则的名称？定义？区别？
1、屈雷斯加屈服准则
1864年，法国工程师屈雷斯加提出材料的屈服与最大切应力有关
定义：当材料中的最大切应力达到某一定值时，材料就屈服。
即材料处于塑性状态时，其最大切应力是一不变的定值——又称为最大切应力不变条件。
2、 米塞斯屈服准则
1913年，德国力学家米塞斯提出另一个屈服准则 定义：对于各向同性材料，屈服函数式
ij f()=C σ 与坐标系的选择无关，
而塑性变形与应力偏张量有关，且只与应力偏张量的第二不变量2J '有关。
在一定的塑性变形条件下，当受力物体内一点的应力偏张量的第二不变量2J '达到某一定值时，该点就进入塑性状态。
两种屈服准则的共同点：
（1）屈服准则的表达式都和坐标的选择无关，等式左边都是不变量的函数；（2）三个主应力可以任意置换而不影响屈服，拉应力和压应力作用是一样的；（3）各表达式都和应力球张量无关。
两种屈服准则的不同点：
•屈雷斯加屈服推则没有考虑中间应力的影响，三个主应力大小顺序不知时，使用不便；而米塞斯屈服准则考虑了中间应力的影响．使用方便。
•（1）物理含义不同：
Tresca：最大剪应力达到极限值K
Mises：畸变能达到某极限
•（2）表达式不同;
•（3）几何表达不同：
•Tresca准则：在主应力空间中为一垂直π平面的正六棱柱；
•Mises准则：在主应力空间中为一垂直于π平面的圆柱。
•(π平面:在主应力坐标系中，过原点并垂直于等倾线的平面）。
屈服准则
Mises屈服准则 1913年，德国力学家Mises提出。
定义
当等效应力 达到某定值 C 时，材料即
产生屈服。 表达式
=C
对于单向拉伸
1 s
2 3 0
则有
=σ1= σs 即
C=σs
可以通过单向拉伸试验确定Mises屈服条件
C（临界等效应力）。
两种屈服准则的比较
这三个式子中有一个满足即进入塑性变形状 态。
对于单向拉伸
1 s
2 3 0
则Tresca屈服条件为：
max K
可以通过单向拉伸试验确定Tresca屈服条 件K（剪切屈服强度）。
思考：
Tresca屈服条件的三个式子 σ1- σ2 =±2K σ2- σ3 =±2K σ3- σ1 =±2K
屈服准则（塑性条件） 在不同应力状态下，变形体内某点进入塑性
状态并使塑性变形得以继续进行，各应力分量 与材料性能之间必须符合一定的关系，这种关 系称为屈服准则，一般表示为:
f( ij ) = C
式中C是与材料性质有关而与应力状态无关 的常数。
主应力状态下
f(1,2,3 )= C
讨论：
f( ij ) C f( ij ) C f( ij ) C
1 相同点 （1）都是与应力状态无关； （2）都与静水压力无关； （3）进入塑性状态，都为一固定常数。 2 不同点 （1）Mises屈服准则考虑中间主应力的影响； （2）Tresca屈服准则不考虑中间主应力的影 响。
质点处于弹性状态 质点处于塑性状态 在实际变形中不存在
屈服准则 变形体发生塑性变形时应力与材料性能之间
的关系。
两种主要屈服准则
■ Tresca屈服准则 ■ Mises屈服准则
五种常见的屈服准则及其适用范围
五种常见的屈服准则及其适用范围屈服准则表示在复杂应力状态下材料开始进入屈服的条件，它的作用是控制塑性变形的开始阶段。
屈服条件在主应力空间中为屈服方程。
1.几种常用的屈服准则五种常用的屈服准则，它们分别是Tresca 准则，Von-Mises 准则 ，Mnhr- Coulomb 准则，Drucker Prager 准则，Zienkiewicz-Pande 准则。
其中后三种适用于混凝土和岩土材料的准则1.1 Tresca 屈服准则当最大剪应力达到一定数值时，材料开始屈服。
这就是Tresca 屈服条件，也称为最大剪应力条件。
k =max τ规定时321σσσ≥≥，上式可表示为：k 2-31=σσ 如果不知道321、、σσσ的大小顺序，则屈服条件可写为:0]4)][(4)][(4)[(221322322221=------k k k σσσσσσ换言之当变形体或质点中的最大切应力达到某一定值时，材料就发生屈服。
或者说，材料处于塑性状态时，其最大切应力是一个不变的定值，该定值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。
所以Tresca 屈服准则又称为最大切应力不变条件。
这种模型与静水压力无关，也不考虑中间应力的影响。
在平面上屈服条件为一个正六边形，在主应力空间内，屈服曲面为一个正六面柱体。
Tresca 屈服准则不足之处就是不包含中间主应力，没有反映中间主应力对材料屈服的影响。
1.2 Mises 屈服准则当与物体中的一点应力状态对应的畸变能达到某一极限值时，该点便产生屈服，其表达式为22k J =或22132322216)()()(k =-+-+-σσσσσσ其中， k 为常数，可根据简单拉伸试验求得3/222s k J σ==，或根据纯剪切试验来确定， 222s k J τ==它所代表的屈服面是一个以空间对角线为轴的圆柱体，在平面上屈服条件是一个圆。
这时有:const k J r ===222σ 换言之当等效应力达到定值时，材料质点发生屈服，该定值与应力状态无关。
五种常见的屈服准则及其适用范围
五种常见的屈服准则及其适用范围 屈服准则表示在复杂应力状态下材料开始进入屈服的条件，它的作用是控制塑性变形的开始阶段。
屈服条件在主应力空间中为屈服方程。
1.几种常用的屈服准则五种常用的屈服准则，它们分别是Tresca 准则，Von-Mises 准则 ，Mnhr- Coulomb 准则，Drucker Prager 准则，Zienkiewicz-Pande 准则。
其中后三种适用于混凝土和岩土材料的准则1.1 Tresca 屈服准则当最大剪应力达到一定数值时，材料开始屈服。
这就是Tresca 屈服条件，也称为最大剪应力条件。
k =max τ规定时321σσσ≥≥，上式可表示为：k 2-31=σσ 如果不知道321、、σσσ的大小顺序，则屈服条件可写为:0]4)][(4)][(4)[(221322322221=------k k k σσσσσσ换言之当变形体或质点中的最大切应力达到某一定值时，材料就发生屈服。
或者说，材料处于塑性状态时，其最大切应力是一个不变的定值，该定值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。
所以Tresca 屈服准则又称为最大切应力不变条件。
这种模型与静水压力无关，也不考虑中间应力的影响。
在平面上屈服条件为一个正六边形，在主应力空间内，屈服曲面为一个正六面柱体。
Tresca 屈服准则不足之处就是不包含中间主应力，没有反映中间主应力对材料屈服的影响。
1.2 Mises 屈服准则当与物体中的一点应力状态对应的畸变能达到某一极限值时，该点便产生屈服，其表达式为22k J =或22132322216)()()(k =-+-+-σσσσσσ其中， k 为常数，可根据简单拉伸试验求得3/222s k J σ==，或根据纯剪切试验来确定， 222s k J τ==它所代表的屈服面是一个以空间对角线为轴的圆柱体，在平面上屈服条件是一个圆。
这时有:const k J r ===222σ 换言之当等效应力达到定值时，材料质点发生屈服，该定值与应力状态无关。
屈服准则简要说明
m
m
只考虑厚向异性：
(1 2r ) 1 2
m
1 2
m
2(1 r ) i m
，当
i s
时发生
屈服，其中：
m
ln 2(1 r ) 2 ln b
s
b为双轴拉伸或胀形试验时的屈服应力 ，
各项异性屈服准则 • 1）Hill提出的屈服准则
Hill’90：
屈服准则简要说明 • 各项同性屈服准则
1）Tresca屈服准则 2）Mises屈服准则
• 各向异性屈服准则
1）Hill提出的屈服准则
2）Hosford屈服准则
3）Gotoh（后滕）屈服准则 4）Barlat-Lian’89屈服准则
各项同性屈服准则 • 1）Tresca屈服准则
表达式： 1 2 s ， 2 3 s ， 3 1 s
1
M
i 0
当 i s 时发生屈服；
式中：K
1
11 h 22
2
11 h 22 2 K 2 p 12 ， 2
2
a、p、c、h
是表征材料各向异性的参数，可按如下取值
1 M
0 2[ bM (h b ) M ] 2 0 M 2 h ，c ， a 2 c ， p M M M 90 s1 b M h b 1 h b 2a 2 (2 a)
4 0 ，A2 ~A5 可以由下列式子确定：
A6 ~ A9 由 r 值和45、22.5、67.5度方向上的单拉屈服应力确定
各项异性屈服准则 • 4）Barlat-Lian’89屈服准则
五种常见的屈服准则及其适用范围
五种常见的屈服准则及其适用范围屈服准则表示在复杂应力状态下材料开始进入屈服的条件，它的作用是控制塑性变形的开始阶段。
屈服条件在主应力空间中为屈服方程。
1.几种常用的屈服准则五种常用的屈服准则，它们分别是Tresca 准则，Von-Mises 准则 ，Mnhr- Coulomb 准则，Drucker Prager 准则，Zienkiewicz-Pande 准则。
其中后三种适用于混凝土和岩土材料的准则1.1 Tresca 屈服准则当最大剪应力达到一定数值时，材料开始屈服。
这就是Tresca 屈服条件，也称为最大剪应力条件。
k =max τ规定时321σσσ≥≥，上式可表示为：k 2-31=σσ 如果不知道321、、σσσ的大小顺序，则屈服条件可写为:换言之当变形体或质点中的最大切应力达到某一定值时，材料就发生屈服。
或者说，材料处于塑性状态时，其最大切应力是一个不变的定值，该定值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。
所以Tresca 屈服准则又称为最大切应力不变条件。
这种模型与静水压力无关，也不考虑中间应力的影响。
在平面上屈服条件为一个正六边形，在主应力空间内，屈服曲面为一个正六面柱体。
Tresca 屈服准则不足之处就是不包含中间主应力，没有反映中间主应力对材料屈服的影响。
1.2 Mises 屈服准则当与物体中的一点应力状态对应的畸变能达到某一极限值时，该点便产生屈服，其表达式为22k J =或22132322216)()()(k =-+-+-σσσσσσ其中， k 为常数，可根据简单拉伸试验求得3/222s k J σ==，或根据纯剪切试验来确定， 222s k J τ==它所代表的屈服面是一个以空间对角线为轴的圆柱体，在平面上屈服条件是一个圆。
这时有:const k J r ===222σ 换言之当等效应力达到定值时，材料质点发生屈服，该定值与应力状态无关。
或者说，材料处于塑性状态时，其等效应力是不变的定值，该定值取决于材料变形时的性质，而与应力状态无关。
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五种常见的屈服准则及其优缺点、适用范围
屈服准则表示在复杂应力状态下材料开始进入屈服的条件，它的作用是控制塑性变形的开始阶段。
屈服条件在主应力空间中为屈服方程。
一、几种常用的屈服准则
五种常用的屈服准则，它们分别是Tresca准则，Von-Mises准则，Mnhr-Coulomb准则，Drucker Prager准则，Zienkiewicz-Pande准则。
其中后三种适用于混凝土和岩土材料的准则。
1. Tresca屈服准则
当最大剪应力达到一定数值时，材料开始屈服。
这就是Tresca屈服条件，也称为最大剪应力条件。
规定σ1≥σ2≥σ3时，上式可表示为：
如果不知道σ1、σ2、σ3的大小顺序，则屈服条件可写为：
换言之当变形体或质点中的最大切应力达到某一定值时，材料就发生屈服。
或者说，材料处于塑性状态时，其最大切应力是一个不变的定值，该定值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。
所以Tresca屈服准则又称为最大切应力不变条件。
这种模型与静水压力无关，也不考虑中间应力的影响。
在平面上屈服条件为一个正六边形，在主应力空间内，屈服曲面为一个正六面柱体。
Tresca屈服准则不足之处就是不包含中间主应力，没有反映中间主应力对材料屈服的影响。
2. Mises屈服准则
当与物体中的一点应力状态对应的畸变能达到某一极限值时，该点便产生屈服，其表达式为：
或
其中，k为常数，可根据简单拉伸试验求得：
或根据纯剪切试验来确定：
它所代表的屈服面是一个以空间对角线为轴的圆柱体，在平面上屈服条件是一个圆。
这时有：
换言之当等效应力达到定值时，材料质点发生屈服，该定值与应力状态无关。
或者说，材料处于塑性状态时，其等效应力是不变的定值，该定值取决于材料变形时的性质，而与应力状态无关。
Mises屈服准则的物理意义：当材料的单位体积形状改变的弹性能达到某一常数时，质点就发生屈服。
故Mises屈服准则又称为能量准则。
3. Mnhr Coulomb准则
Tresca屈服条件和Mises屈服条件主要是对金属材料成立的两个屈服条件，但是这两个屈服条件如果简单地应用于岩土材料，会引起不可忽视的偏差。
针对此，Mohr提出这样一个假设：当材料某个平面上的剪应力τn达到某个极限值时，材料发生屈服。
这也是一种剪应力屈服条件，但是与Tresca屈服条件不同，Mohr假设的这个极限值不是一个常数值，而是与该平面上的正应力σn有关，它可以表示为：
上式中，C是材料粘聚强度，Φ是材料的内摩擦角。
这个函数关系式可以通过实验确定。
一般情况下，材料的内摩擦角随着静水应力的增加而逐渐减小，因而假定函数对应的曲线在σn-τn平面上呈双曲线或抛物线或摆线。
但在静水应力不大的情况下，屈服曲线常用Φ等于常数的直线来代替，它可以表示为：
上式就称为Mohr—Coulomb屈服条件。
设主应力大小次序为σ1≥σ2≥σ3，则上式可以写成用主应力表示的形式
4. Drucker Prager准则
Drucker-prager屈服准则是对Mohr-Coulomb准则的近似，它修正了Von Mises 屈服准则，即在Von Mises表达式中包含一个附加项。
其屈服面并不随着材料的逐渐屈服而改变，因此没有强化准则, 塑性行为被假定为理想弹塑性，然而其屈服强度随着侧限压力(静水应力)的增加而相应增加，另外，这种材料考虑了由于
屈服而引起的体积膨胀，但不考虑温度变化的影响。
故此材料适用于混凝土、岩石和土壤等颗粒状材料。
在主应力空间中，D-P屈服面为一曲面，其表达式为：
上式：f为塑性势函数，I1(σij)为应力张量第一不变量，I2(S ij)为应力偏张量第二不变量，α，k为材料常数，是材料c，φ的函数，c，φ分别为材料的粘聚力和内摩擦角。
5. Zienkiewicz-Pande准则
Zienkiewicz-Pande 屈服准则是Mohr-Coulomb 准则的改进，在p-q 子午面和π平面上都是光滑曲线，不存在尖点，在数值迭代计算过程中易于处理，而且在一定程度上考虑了屈服曲线与静水压力的关系以及中主应力σ。
是由Zienkiewicz、Pande 等学者在1977 年对M-C 准则进行了修正与推广时，形成了具有 3 种曲线形式的Zienkiewicz-Pande 准则（简称Z-P 准则）。
这主要是考虑到M-C 准则在角点处存在奇异性，即其屈服曲线在π平面上有尖点，使得计算过程中出现奇异，特别在有限元迭代过程中，在尖角处无法处理的问题。
二、优缺点和适用范围
1. Tresca准则
优点：当知道主应力的大小顺序，应用简单方便。
缺点：
(1) 没有考虑正应力和静水压力对屈服的影响；
(2) 屈服面有转折点，棱角，不连续。
适用：金属材料
2. Mises屈服准则
优点：
(1) 考虑了中主应力σ²对屈服和破坏的影响；
(2) 简单实用，材料参数少，易于实验测定；
(3) 屈服曲面光滑，没有棱角，利于塑性应变增量方向的确定和数值计算。
缺点：
(1) 没有考虑静水压力对屈服的影响；
(2) 没有考虑单纯静水压力p对岩土类材料屈服的影响及屈服与破坏的非线性特性；
(3) 没有考虑岩土类材料在偏平面上拉压强度不同的S-D效应。
适用：金属材料
3. Mohr-Coulomb屈服准则
优点：
(1) 反映岩土类材料的抗压强度不同的S-D效应对正应力的敏感性；
(2) 反映了静水压力三向等压的影响；
(3) 简单实用，参数简单易测。
缺点：
(1) 没有反映中主应力σ²对屈服和破坏的影响；
(2) 没有考虑单纯静水压力引起的岩土屈服的特性；
(3) 屈服面有转折点，棱角，不连续，不便于塑性应变增量的计算。
适用范围：岩石、土和混凝土材料
4. Drucker-Prager屈服准则
优点：
(1) 考虑了中主应力σ²对屈服和破坏的影响；
(2) 简单实用，材料参数少，可以由C-M准则材料常数换算；
(3) 屈服曲面光滑，没有棱角，利于塑性应变增量方向的确定和数值计算；
(4) 考虑了静水压力对屈服的影响；
(5) 更符合实际。
缺点：
(1) 没有考虑单纯静水压力p对岩土类材料屈服的影响及屈服与破坏的非线性特性；
(2) 没有考虑岩土类材料在偏平面上拉压强度不同的S-D效应；
适用范围：岩石、土和混凝土材料
5. Zienkiewice-Pande准则
优点：
(1) 三种曲线在子午面上都是光滑曲线，利于数值计算；
(2) 在一定程度上考虑了屈服曲线与静水压力的非线性关系；
(3) 在一定程度上考虑了中主应力σ²对屈服和破坏的影响。
适用范围：岩石、土和混凝土材料。