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几种常见的屈服准则及其适用条件
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。
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,Moh提出这样一个假设:当材料某个平面上的剪应力 n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Cn有关, 它可以表示为 「= f(C「,;「n)
上式中,C是材料粘聚强度,••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J「n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 '等于常数的直线来代替,它可以表示为 n =C -;「ntan ■-
上式就称为Moh—Coulomb屈服条件。
设主应力大小次序为6 一6 -二3,则上式可以写成用主应力表示的形式
丄 J 一二3 二Ceos -丄「 6 sin
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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:
f =山1(5 ) • ... l2(Sj) • k =0
上式:f为塑性势函数,I1(F)为应力张量第一不变量,I2(Sj)为应力偏张 量第二不变量,:,k为材料常数,是材料c,「的函数,c,分别为材料的粘 聚力和内摩擦角。
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n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①。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 n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
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