应力应变张量分解
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塑性力学第二章-应力和应变分析

主偏应力分量表示
J2
1 2 2 2 ( S1 S 2 S 3 ) 2
简单拉伸问题
1 , 2 3 0
J2 1 1 2 2 2 3 2 3 1 2 1 2 6 3
定义等效应力
3J 2
1 I 2 [( 1 2 ) 2 ( 2 3 ) 2 ( 3 1 ) 2 ] 6
I2
1 1 2 2 2 eij eij (e1 e2 e3 ) 2 2
简单拉伸问题
1 , 2 3
I2 1 3 2 2 2 2 [( 1 2 ) ( 2 3 ) ( 3 1 ) ] 6 4
i j ij i i jj
xy 1 i 2 j ij 2 11 21 x 12 22 y 13 13 z
11 22 xy 12 21 yx 12 23 yz
m
0
ij m ij eij
应变张量的不变量 主应变:
1 , 2 , 3
I1 x y z
2 2 2 I 2 x y y z z x xy yz zx
2 2 2 I 3 x y z 2 xy yz zx x yz y zx z xy
pij...l pij...lii jj ...ll
二阶张量
pij pijii jj
pi piii
一阶张量
应力是二阶张量
ij ijii jj
r rr ri rj ij
rx rx x ry ry y rx ry xy ry rx yx
1-张量及应力应变概念 同济大学弹塑性力学

u
u2(uy) x2=y
图1.1 位移矢量的分解
3
u ux ex u y ey uz ez u1e1 u2e2 u3e3 ui ei
i 1
(1-1)
指标:对于一组性质相同的n个量可以用相同的名字加不
同的指标来表示,例如位移u的分量可用ui(i=1,2,3)表示, 这里的i就是指标。今后约定,如果不标明取值范围,则拉 丁字母i,j,k,· · · 均表示三维指标,取值1,2,3,例如, 采用ui可以表示u1、 u2和 u3三个数值,这种名字加指标的 记法称为指标符号。 指标符号的正确用法: (1) 三维空间中任意点的三个直角坐标通常记为x,y和z。 指标符号可缩写成xi ,其中x1= x, x2= y, x3= z。
这里, m I1 3,我们定义 m ij 为球应力张量,又称球形 应力张量,简称为球张量,球形应力张量表示各向均匀受 m 又常写作 p 。而 Sij 力状态,有时也称静水压力状态, 则称为偏斜应力张量,简称为应力偏量。将原应力状态减 去静水压力即可得到应力偏量状态。球张量引起物体的体 积改变,而应力偏量则引起物体的形状改变。
z n
同理,可以得到张量方程:
pi ij n j
τyx γ
px x
σx β
y
(1-7)
α
如果作用在这个倾斜 面上只有正应力,而没有
τzx
剪应力,则倾斜面上的总应力就是主应力,倾斜面的方 向就是主应力方向,用ζ表示,它在各坐标轴上的投影 (1-8)
为:
pi ni
1.4 主应力分布图
1.3 应力张量的分解
(1) ii 11 22 33 3 (2) ij ij 1111 1212 1313 21 21 22 22 23 23
第五章 应力张量 应变张量与应力应变关系

立,即可求出与给定主应力 i 对应的主方向。
1、 2、 3是方程(5-7)的三个根,所
以,也可以将特征方程写成
( 1 )( 2 )( 3 ) 0
展开后有 3 ( 1 2 3 ) 2 ( 1 2 2 3 3 1 ) 1 2 3 0
与式(5-7)比较,得
I1 I2
方程(7)有三组解:
第一组是 m0, n0
第二组是 m0, n1/ 2
第三组是 m1/ 2, n0
有了m、n就可以从(4)中求得相应的l,并运用
(5)式得到相应的极值剪应力 ,由(2)式
得到极值剪应力面上的正应力 。 同理可从(3)和(4)中分别消去m和n,按上述 方法又可以得到六组解,但其中三组是重复的, 独立的解答一共六组,如表5-1所示。 表中前三组解答对应于主平面,其上剪应力为零; 而后三组解答对应于经过主轴之一而平分其他两 主轴夹角的平面,如图5-5示,其上剪应力为
1 和 2 的方向可取与 ν (3) 垂直平面上的任
意方向。即与ν (3) 垂直的方向都是主方向。
如果 123,则 ν (1)ν (2)、ν (2)ν (3)、
ν (3)ν (1)三者可以是零,也可以不是零,这
说明三个主方向可以相互垂直,也可以不垂 直,也就是说,任何方向都是主方向。
(3)主应力的极值性 命题1:最大(或最小)主应力是相应点处任 意截面上正应力的最大(或最小)值。
r r
这就是极坐标下的应力分量与直角坐标下应力 分量的转换公式。
反过来,取直角坐标系为新坐标系,极坐标系 旧坐标系,根据(5-2)式,用极坐标应力分量 表示直角坐标应力分量的关系为:
x xrxrr xx 2xrxr
cos2 r sin2 2sin cosr
1、 2、 3是方程(5-7)的三个根,所
以,也可以将特征方程写成
( 1 )( 2 )( 3 ) 0
展开后有 3 ( 1 2 3 ) 2 ( 1 2 2 3 3 1 ) 1 2 3 0
与式(5-7)比较,得
I1 I2
方程(7)有三组解:
第一组是 m0, n0
第二组是 m0, n1/ 2
第三组是 m1/ 2, n0
有了m、n就可以从(4)中求得相应的l,并运用
(5)式得到相应的极值剪应力 ,由(2)式
得到极值剪应力面上的正应力 。 同理可从(3)和(4)中分别消去m和n,按上述 方法又可以得到六组解,但其中三组是重复的, 独立的解答一共六组,如表5-1所示。 表中前三组解答对应于主平面,其上剪应力为零; 而后三组解答对应于经过主轴之一而平分其他两 主轴夹角的平面,如图5-5示,其上剪应力为
1 和 2 的方向可取与 ν (3) 垂直平面上的任
意方向。即与ν (3) 垂直的方向都是主方向。
如果 123,则 ν (1)ν (2)、ν (2)ν (3)、
ν (3)ν (1)三者可以是零,也可以不是零,这
说明三个主方向可以相互垂直,也可以不垂 直,也就是说,任何方向都是主方向。
(3)主应力的极值性 命题1:最大(或最小)主应力是相应点处任 意截面上正应力的最大(或最小)值。
r r
这就是极坐标下的应力分量与直角坐标下应力 分量的转换公式。
反过来,取直角坐标系为新坐标系,极坐标系 旧坐标系,根据(5-2)式,用极坐标应力分量 表示直角坐标应力分量的关系为:
x xrxrr xx 2xrxr
cos2 r sin2 2sin cosr
2应力与应变分析

σ N = (σ 1 + σ 2 + σ 3 ) = σ m = I 1
1 3 1 3
1 3
(2.3.1)
等斜面上的剪应力
τ N = PN 2 − σ N 2 =
1 2 (σ 1 − σ 2 ) 2 + (σ 2 − σ 3 )2 + (σ 3 − σ 1 )2 = J2 3 3
等斜面上的合应力
PN = 1 σ 12 + σ 2 2 + σ 3 2 3
2 2 2
剪应力强度、有效剪应力 有效剪应力) 纯剪应力τs(剪应力强度 有效剪应力)
τ s = J2
(2.3.4)
(2.3.5)
§2.4
主应力空间与π 平面上的应力分量, 洛德角与洛德参数
主应力空间:以三 主应力空间 个主应力为轴而组 成的笛卡儿坐标系
π 平面[偏(量)平 平面 偏 量 平
面] :垂直于等倾线 On的平面称π 平面, 其方程为 σ1 + σ 2 + σ 3 = 3 ⋅ r (2.4.1)
π 平面上应力在x、y轴上的投影为
x = O′P′cos 30° − O′P3′ cos 30° 1 2 3 1 = (σ 1 − σ 3 ) = (σ 1 − σ 3 ) 3 2 2 y = O′P2′ − (O′P′ + O′P3′) sin 30° 1 2σ 2 − σ 1 − σ 3 2 1 = × = (2σ 2 − σ 1 − σ 3 ) 2 3 6
σ N − I 1σ N − I 2σ N − I 3 = 0
3 2
(2.1.9)
上式中(应力张量不变量 )
I1 = σ x + σ y + σ z 2 2 2 I 2 = − (σ xσ y + σ yσ z + σ zσ x ) + τ xy + τ yz + τ zx 2 2 2 I 3 = σ xσ yσ z + 2τ xyτ yzτ zx − (σ xτ yz + σ yτ zx + σ zτ xy )
1 3 1 3
1 3
(2.3.1)
等斜面上的剪应力
τ N = PN 2 − σ N 2 =
1 2 (σ 1 − σ 2 ) 2 + (σ 2 − σ 3 )2 + (σ 3 − σ 1 )2 = J2 3 3
等斜面上的合应力
PN = 1 σ 12 + σ 2 2 + σ 3 2 3
2 2 2
剪应力强度、有效剪应力 有效剪应力) 纯剪应力τs(剪应力强度 有效剪应力)
τ s = J2
(2.3.4)
(2.3.5)
§2.4
主应力空间与π 平面上的应力分量, 洛德角与洛德参数
主应力空间:以三 主应力空间 个主应力为轴而组 成的笛卡儿坐标系
π 平面[偏(量)平 平面 偏 量 平
面] :垂直于等倾线 On的平面称π 平面, 其方程为 σ1 + σ 2 + σ 3 = 3 ⋅ r (2.4.1)
π 平面上应力在x、y轴上的投影为
x = O′P′cos 30° − O′P3′ cos 30° 1 2 3 1 = (σ 1 − σ 3 ) = (σ 1 − σ 3 ) 3 2 2 y = O′P2′ − (O′P′ + O′P3′) sin 30° 1 2σ 2 − σ 1 − σ 3 2 1 = × = (2σ 2 − σ 1 − σ 3 ) 2 3 6
σ N − I 1σ N − I 2σ N − I 3 = 0
3 2
(2.1.9)
上式中(应力张量不变量 )
I1 = σ x + σ y + σ z 2 2 2 I 2 = − (σ xσ y + σ yσ z + σ zσ x ) + τ xy + τ yz + τ zx 2 2 2 I 3 = σ xσ yσ z + 2τ xyτ yzτ zx − (σ xτ yz + σ yτ zx + σ zτ xy )
地质学 应力与应变分解

4.应力差与变形的关系。 5.变形的方式有哪五种?岩石的变形包括哪几个阶段? 6.抗压强度、抗剪强度、抗张强度的大小关系。 7.剪裂角、共轭剪裂角的角度值。
当三对主应力大小不等时,物体就会发生形状的变化。 最大主应力(σ1)与最小主应力(σ3)之差称为应力差。其 它条件相同时,应力差愈大,其所引起的物体形状变化愈 明显。
第二节
变形与应变
物体受力作用后,其内部各质点的相互位置发生改变, 称为变形。可以是体积的改变,也可以是形状的改变,也 可以是体积和形状同时改变。 一.变形的方式 变形的方式有五种:拉伸、挤压、剪切、弯曲和扭转。 二.应变 应变是指物体变形的相对量。是衡量物体变形程度的 一个度量概念。 物体的变形程度,即应变的大小,可以从两个方面进 行描述:线应变、剪应变。
六.应力集中 当物体内部质点分布不均匀(如有孔洞、缺口或微裂 隙)时,就会产生局部应力集中而易于变形甚至破裂。 应力集中是地壳岩石变形中常见的现象。
复ห้องสมุดไป่ตู้习 题
1.名词解释:应力、应力差、应变、线应变、剪应变、强 度极限、应变椭球体、剪裂角、共轭剪裂角。 2.正应力、剪应力、主应力、最大主应力(σ1)、最小主 应力(σ3)、主应力轴、最大应变主轴(A轴)、最小应 变主轴(C轴) 、主平面的含义。 3.最大主应力(σ1)与最大应变主轴(A轴),最小主应力 (σ3)与最小应变主轴(C轴)的延伸方向是否一致?
1.线应变 是指物体内某方向上单位长 度线段的改变量。 设物体中某线段变形前的长 度为l0,变形后为l1,其长度改变 量为 △l=l1-l0。则: 线应变ε=△l/l0。 ε值的正或负,取决于线应变的性质。伸长为正值 (+),缩短为负值(-)。
2.剪应变 物体变形时,其内部相交直线之间的夹角往往会发生 变化。我们将物体内初始相互垂直的两条交线变形后其直 角的角度改变量(ψ)称为角剪应变。 角剪应变的正切函数值称为剪应变(γ)=tanψ。 顺时针偏斜为正值;逆时针为负值。 三.岩石变形的阶段 岩石与其它固体物质一样,在外力 持续作用下,其变形过程一般可以分为: 弹性变形、塑性变形、断裂变形三个阶 段。
当三对主应力大小不等时,物体就会发生形状的变化。 最大主应力(σ1)与最小主应力(σ3)之差称为应力差。其 它条件相同时,应力差愈大,其所引起的物体形状变化愈 明显。
第二节
变形与应变
物体受力作用后,其内部各质点的相互位置发生改变, 称为变形。可以是体积的改变,也可以是形状的改变,也 可以是体积和形状同时改变。 一.变形的方式 变形的方式有五种:拉伸、挤压、剪切、弯曲和扭转。 二.应变 应变是指物体变形的相对量。是衡量物体变形程度的 一个度量概念。 物体的变形程度,即应变的大小,可以从两个方面进 行描述:线应变、剪应变。
六.应力集中 当物体内部质点分布不均匀(如有孔洞、缺口或微裂 隙)时,就会产生局部应力集中而易于变形甚至破裂。 应力集中是地壳岩石变形中常见的现象。
复ห้องสมุดไป่ตู้习 题
1.名词解释:应力、应力差、应变、线应变、剪应变、强 度极限、应变椭球体、剪裂角、共轭剪裂角。 2.正应力、剪应力、主应力、最大主应力(σ1)、最小主 应力(σ3)、主应力轴、最大应变主轴(A轴)、最小应 变主轴(C轴) 、主平面的含义。 3.最大主应力(σ1)与最大应变主轴(A轴),最小主应力 (σ3)与最小应变主轴(C轴)的延伸方向是否一致?
1.线应变 是指物体内某方向上单位长 度线段的改变量。 设物体中某线段变形前的长 度为l0,变形后为l1,其长度改变 量为 △l=l1-l0。则: 线应变ε=△l/l0。 ε值的正或负,取决于线应变的性质。伸长为正值 (+),缩短为负值(-)。
2.剪应变 物体变形时,其内部相交直线之间的夹角往往会发生 变化。我们将物体内初始相互垂直的两条交线变形后其直 角的角度改变量(ψ)称为角剪应变。 角剪应变的正切函数值称为剪应变(γ)=tanψ。 顺时针偏斜为正值;逆时针为负值。 三.岩石变形的阶段 岩石与其它固体物质一样,在外力 持续作用下,其变形过程一般可以分为: 弹性变形、塑性变形、断裂变形三个阶 段。
应力球张量和应力(1)

偏应变与应力偏张量 成正比。即应力偏张 量使物体产生形状变 化。
1 ij ' ij ' 2G
应力球张量和应力偏张量
• 应力球张量只能使物体产生体积变化 • 应力偏张量使物体产生形状变化,而不 能产生体积变化,材料的塑性变形就是 由应力偏张量引起的 • 根据应力偏张量可以判断变形的类型
总结
1 x x y z , E + + 1 y y z x , E + + 1 z z x y , E
2G yz yz zy 2G zx zx xz 2G
2 2 2
1 2 2 2 2 2 2 [( x y ) ( y z ) ( z x ) 6( xy yz zx )] 6 x ' xy xz yx y ' yz J3 ' zx zy z '
0
m
0
0 0 m
式中: m ( x y z ) / 3
ij
ij + ij m
为平均应变;
:应变偏张量,表示表示变形单元体形状的变化;
:应变球张量,表示应变单元体体积的变化。
ij m
弹性应力应变关系
广义虎克定律:
1 x x y z , E 1 y y z x , E 1 z z x y , E
σm = σm
应力球张量
σm +
' 3
' 2
1 ij ' ij ' 2G
应力球张量和应力偏张量
• 应力球张量只能使物体产生体积变化 • 应力偏张量使物体产生形状变化,而不 能产生体积变化,材料的塑性变形就是 由应力偏张量引起的 • 根据应力偏张量可以判断变形的类型
总结
1 x x y z , E + + 1 y y z x , E + + 1 z z x y , E
2G yz yz zy 2G zx zx xz 2G
2 2 2
1 2 2 2 2 2 2 [( x y ) ( y z ) ( z x ) 6( xy yz zx )] 6 x ' xy xz yx y ' yz J3 ' zx zy z '
0
m
0
0 0 m
式中: m ( x y z ) / 3
ij
ij + ij m
为平均应变;
:应变偏张量,表示表示变形单元体形状的变化;
:应变球张量,表示应变单元体体积的变化。
ij m
弹性应力应变关系
广义虎克定律:
1 x x y z , E 1 y y z x , E 1 z z x y , E
σm = σm
应力球张量
σm +
' 3
' 2
工程塑性力学(第二章)应变分析、应力分析和屈服条件
或
σ 11 σ 12 σ 13 σ 21 σ 22 σ 23 σ 31 σ 32 σ 33
定义了一个量 Σ ,表征该点的应力状态,在坐标系 Oxyz 中。如果变换到另一个 坐标系 Ox ′y′z′
σ′ τ′ x xy τ ′ xz τ′ σ ′y τ ′yz yx τ′ τ′ σ′ zx zy z
仍然表征同一应力状态,仍为 Σ 。在数学上,在坐标变换时,服从一定坐标变换 式的 9 个数所定义的量叫做二阶张量。此二阶张量称为应力张量:
I1 = σ 1 + σ 2 + σ 3 I 2 = −(σ 1σ 2 + σ 2σ 3 + σ 3σ 1 ) I 3 = σ 1σ 2σ 3
(2-11)
应力偏量 S ij 也是一种应力状态,同样也有不变量。进行类似的推导(或将
I1、I 2、I 3 式中的 σ x 、 σ y 和 σ z 分别用 s x 、 s y 和 sz 代替)即得应力偏量的三个不
2 J2 。 3
(2)等效应 2 + (σ 2 − σ 3 ) 2 + (σ 3 − σ 1 ) 2 2 1 2 2 2 = (σ x − σ y ) 2 + (σ y − σ z ) 2 + (σ z − σ x ) 2 + 6(τ xy + τ yz + τ zx ) (2-17) 2 = 3J 2
s xy = τ xy , s yz = τ yz , s zx = τ zx ,……
(2-4)
则应力偏张量:
⎡σ x − σ m τ xy τ xz ⎤ ⎡ s x s xy s xz ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ σ y −σm τ yz ⎥ = ⎢ s yx s y s yz ⎥ = S ij = σ ij − σ mδ ij (2-5) ⎢ τ yx ⎢ τ zx ⎢ ⎥ τ zy σz −σm⎥ ⎣ ⎦ ⎣ s zx s zy s z ⎦ 应力球张量表示各向均值应力状态,即静水压力情况。由于静水压力不影响 屈服,所以塑性变形只与应力偏量有关,因此在塑性力学中应力偏量的研究很重 要。
弹性力学-应力和应变
σ x τ xy τ xz σ xx σ xy σ xz τ xy σ y τ yz 或σ xy σ yy σ yz τ z τ yz σ z σ xz σ yz σ zz
写法: 采用张量下标记号的应力写法 写法: 把坐标轴x、 、 分别 把坐标轴 、y、z分别 表示, 用x1、x2、x3表示, 或简记为x 或简记为 j (j=1,2,3),
s j = σ j −σm, ( j = 1,2,3)
应力偏张量也有三个不变量: 应力偏张量也有三个不变量:
(3 −13)
J1 = s1 + s2 + s3 = σ1 +σ2 +σ3 −3σM = 0 1 2 2 2 J2 = −(s1s2 + s2s3 + s3s1) = (s1 + s2 + s3 ) 2 J3 = s1s2s3
3
偏张量的第二不变量 J2 有关。 有关。
四、等效应力 1.定义: 定义: 定义 相等的两个应力状态的力学效应相同, 如果假定 J2相等的两个应力状态的力学效应相同,那么
对一般应力状态可以定义: 对一般应力状态可以定义:
σ ≡ 3J2 =
1 2
(σ1 −σ2 )2 + (σ2 −σ3 )2 + (σ3 −σ1)2
三、等斜面上的应力 等斜面:通过某点做平面 ,该平面的法线与三个应力主轴
夹角相等 坐标轴与三个应力主轴一致, 设在这一点取 x1, x2 , x3 坐标轴与三个应力主轴一致, σ 3 则等斜面法线的三个方向余弦为
l1 = l2 = l3 =1/ 3
(3 − 20)
八面体面: 八面体面:
满足(3-20)式的面共有八个,构成 满足( 20)式的面共有八个, 一个八面体,如图所示。 一个八面体,如图所示。 等斜面常也被叫做八面体面。 等斜面常也被叫做八面体面。 若八面体面上的应力向量用F 表示,则按( 若八面体面上的应力向量用F8表示,则按(3-3)式有 1 2 2 2 2 2 2 2 F = (σ1l1) + (σ2l2 ) + (σ3l3) = (σ1 +σ2 +σ3 ) (3− 21) 8 3
第三章 应力-应变及其基本方程
2
一点的应力状态
z
xx
z
zx zy
xz yz
xy
yx
y y
ij yxx
xy y
xz yz
zx zy z
应力分量的值与坐标系的
选取有关. 3
在空间应力状态下,如适当的选择坐标轴, 使其在该坐标系内的剪应力为零而只剩正应力。 则这样三个相互垂直的坐标轴的方向就是应力 张量的主方向,与主方向垂直的面叫主平面, 该面上存在的正应力叫主应力。三个主应力的 大小与坐标轴的选择无关。
22
应力路径
➢几种加载方式的说明
单调加载和循环加载:
23
应变张量的分解
物体内部 任意一点 的变形状态可以由六 个应变分量来表示:
三个正应变: x , y , z 三个剪应变: xy , yz , zx
24
应变张量的分解
=
+
立方体变形
纯体积变形
m ( x y z ) / 3
纯畸变变形
应力张量分解及其不变量
体积变形
剪切变形
应力张量 ij 球应力张量 m 偏应力张量 Sij
ij Sij m ij
m 0 0
0
m
0
mij
0 0 m
m (1 2 3 ) / 3
Sij ij mij Syxx
xy Sy
xz yz
zx zy Sz
平面上法向应变:
3m
平面上剪应变:
2 2 2 J2
应变空间与应变平面
26
各种剪应变
➢ 八面体上正应变:
8
1 3
(1
x
ij
1 2
yx
1
2 xy
1 2
一点的应力状态
z
xx
z
zx zy
xz yz
xy
yx
y y
ij yxx
xy y
xz yz
zx zy z
应力分量的值与坐标系的
选取有关. 3
在空间应力状态下,如适当的选择坐标轴, 使其在该坐标系内的剪应力为零而只剩正应力。 则这样三个相互垂直的坐标轴的方向就是应力 张量的主方向,与主方向垂直的面叫主平面, 该面上存在的正应力叫主应力。三个主应力的 大小与坐标轴的选择无关。
22
应力路径
➢几种加载方式的说明
单调加载和循环加载:
23
应变张量的分解
物体内部 任意一点 的变形状态可以由六 个应变分量来表示:
三个正应变: x , y , z 三个剪应变: xy , yz , zx
24
应变张量的分解
=
+
立方体变形
纯体积变形
m ( x y z ) / 3
纯畸变变形
应力张量分解及其不变量
体积变形
剪切变形
应力张量 ij 球应力张量 m 偏应力张量 Sij
ij Sij m ij
m 0 0
0
m
0
mij
0 0 m
m (1 2 3 ) / 3
Sij ij mij Syxx
xy Sy
xz yz
zx zy Sz
平面上法向应变:
3m
平面上剪应变:
2 2 2 J2
应变空间与应变平面
26
各种剪应变
➢ 八面体上正应变:
8
1 3
(1
x
ij
1 2
yx
1
2 xy
1 2
塑性力学 第二章 应力状态与应变状态
1 2 3 c
c 平均应力为 m 3 因此,在与 平面平行的平面上的各点 表示了这样一些点的应力状态,即它们具有 相同的弹性体积变形。
26
§2-6 应变张量及其分解 一、应变与位移的关系 1 1、小变形情况 ij ui , j u j ,i 2 2、大变形(有限变形)情况 设变形前的初始时刻t=0,物体内A点的坐 标为ai a1 , a2 , a3 ,经过变形后,在t时刻它移 到 A 。相对于同一坐标系的坐标为 xi x1, x2 , x3 变形前后的位置一一对应,可由 xi 的单值连续 函数表示 xi xi a j , t 。同样也可以表示为 a i 的 单值连续函数 ai ai x j , t 。
1 MP1 max ( 1 3 ) 2 MP2 MP 1P 2P 1
1 1 ( 1 3 ) 1 2 2 2 1 3 2 2
1925年Lode提出参数
20
MP2 2 2 1 3 2s2 s1 s3 MP 1 3 s1 s3 1
22
(1)应力空间中过原点并与坐标轴成等角的 直线L L直线的方程为 1 2 3 。该直线上 的点代表物体上承受静水应力的点。L直线上 的点所对应的应力状态将不产生塑性变形。 (2)应力空间中过原点而与L直线垂直的平 面—— 平面 平面的方程为 1 2 3 0 。该平面 上的所有点平均应力为零,只有应力偏张量, 因此这个平面也叫偏量平面。位于该平面上 的点对应于不引起体积变形的应力状态。
17
§2-5 三向应力圆 Lode应力参数 Haigh-Westergaard应力空间
一、三向应力圆
c 平均应力为 m 3 因此,在与 平面平行的平面上的各点 表示了这样一些点的应力状态,即它们具有 相同的弹性体积变形。
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§2-6 应变张量及其分解 一、应变与位移的关系 1 1、小变形情况 ij ui , j u j ,i 2 2、大变形(有限变形)情况 设变形前的初始时刻t=0,物体内A点的坐 标为ai a1 , a2 , a3 ,经过变形后,在t时刻它移 到 A 。相对于同一坐标系的坐标为 xi x1, x2 , x3 变形前后的位置一一对应,可由 xi 的单值连续 函数表示 xi xi a j , t 。同样也可以表示为 a i 的 单值连续函数 ai ai x j , t 。
1 MP1 max ( 1 3 ) 2 MP2 MP 1P 2P 1
1 1 ( 1 3 ) 1 2 2 2 1 3 2 2
1925年Lode提出参数
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MP2 2 2 1 3 2s2 s1 s3 MP 1 3 s1 s3 1
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(1)应力空间中过原点并与坐标轴成等角的 直线L L直线的方程为 1 2 3 。该直线上 的点代表物体上承受静水应力的点。L直线上 的点所对应的应力状态将不产生塑性变形。 (2)应力空间中过原点而与L直线垂直的平 面—— 平面 平面的方程为 1 2 3 0 。该平面 上的所有点平均应力为零,只有应力偏张量, 因此这个平面也叫偏量平面。位于该平面上 的点对应于不引起体积变形的应力状态。
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§2-5 三向应力圆 Lode应力参数 Haigh-Westergaard应力空间
一、三向应力圆
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Comparison of the multiplicative decompositions F = FΘ FM and F = FM FΘ in finite strain thermo-elasticity
Stefan Hartmann
Institute of Applied Mechanics, Clausthal University of Technology, Adolph-Roemer-Str. 2a, 38678 Clausthal-Zellerfeld, Germany
2 Strain and stress measures of decomposition F = FΘ FM
According to the sketch in Fig. 1 the multiplicative decomposition (2) is applied, ˆ M FM , F = FΘ FM = FΘ F where the mechanical part ˆ M FM FM = F ˆ M, is decomposed into a volume-preserving part FM and a volume-changing part F ˆ M = (det FM )1/3 I, F FM = (det FM )
Impressum
Publisher: Fakultät für Mathematik/Informatik und Maschinenbau, Technische Universität Clausthal Leibnizstraße 32, 38678 Clausthal-Zellerfeld, Germany Editor-in-chief: Alfons Esderts Technical editor: Martina Wächter Contact: martina.waechter@tu-clausthal.de URL: http://www.fakultaet3.tu-clausthal.de/forschung/technical-reports/ ISSN: 1869-8018
The Faculty of Mathematics/Computer Science and Mechanical Engineering Review Board
Prof. Dr. Frank Endres Prof. Dr. Alfons Esderts Prof. Dr. Stefan Hartmann apl. Prof. Dr. Günter Kemnitz Prof. Dr. Armin Lohrengel Prof. Dr. Norbert Müller Prof. Dr. Volker Wesling Prof. Dr. Oliver Zirn
Comparison of the multiplicative decompositions F = FθFM and F = FMFθ in finite strain thermoelasticity
Stefan Hartmann
Technical Report Series
Fac3-12-01
Abstract In this work out the multiplicative decomposition of the deformation gradient into a thermal and a mechanical part is investigated on the basis of a model of thermo-elasticity. The proposed multiplicative decomposition is studied to be in both order, i.e. in the form F = FΘ FM and F = FM FΘ . It is shown that for the case of isotropy and the assumption of a pure volumetric temperature evolution both formulations yield the same stress state. However, in the intermediate configurations different results occur. Furthermoal tensile/compression tests with constant temperature or problems for classical strain-energies are treated.
see, for example, [Yu et al., 1997] and [Miehe, 1988]. However, for both decompositions there is no systematic comparison available to show the resulting strain and stress measures in view of the concept of dual variables, see [Haupt and Tsakmakis, 1989, Haupt and Tsakmakis, 1996]. The multiplicative decomposition of the deformation gradient into two parts comes from the field of plasticity, where the deformation gradient decomposes into an elastic and a plastic part, F = Fe Fp , see [Lee and Liu, 1967, Lee, 1969]. For a double product, i.e. the multiplicative decomposition is carried out several times in order to assign various physical causes to kinematical quantities, see [Lion, 2000a, Tsakmakis and Willuweit, 2004] and its numerical treatment in [Hartmann et al., 2008] and the literature cited therein. The decomposition is also extended to constitutive models of viscoelasticity, see [Lubliner, 1985, Lion, 1997], see [Hartmann, 2002] for further literature. A further possibility makes use of the deformation gradient’s decomposition into volume-preserving and volume-changing parts going back to [Flory, 1961]. If a strain-energy function is built up of two terms, one containing the volume-changing and the other the volume-preserving part, the stress state results in a pure hydrostatic stress-state caused only by the volume change and a deviatoric part only influenced by the strain-energy of the volume-preserving deformation, see, for example, [Miehe, 1994, Hartmann and Neff, 2003] and the literature cited therein. In this short study a model of finite strain thermo-elasticity is developed making use of the property that most elastomers show nearly incompressible behavior so that the basic elasticity relation should take this into account. Following the ideas in [Hartmann and Neff, 2003], the Flory-type decomposition into an isochoric and a volumetric part for thermo-hyperelasticity is applied as well, which has the advantage of a systematic assignment of volumetric effects to the spherical part of the Cauchy-stress tensor and the volume-preserving deformation to the deviatoric stress state. The investigations are structured as follows. First of all, the decompositions F = FΘ FM and F = FM FΘ are studied in view of the quantities in the concerning intermediate configurations. Afterwards, some brief investigations on uniaxial tensile tests are addressed for a model applicable in rubber elasticity. The underlying investigations are, in subsequent investigations on anisotropic and inelastic constitutive models, a basic investigation.