關于mises應力
mises應力在有限元計算時天天用,還有有必要完全搞懂來龍去脈,如有錯誤,請指正。亂了點,懂的人就不必看了。
首先要注意其適用條件,這里不多說。
固體中某點處的應力狀態可以用一個應力張量描述。應力張量為二階張量,可將其分解為球量和偏量。球量中的九個分量,非對角元全為0,對角元的值均為應力張量對角元之和的1/3,也即八面體正應力。球量對應于球形應力狀態,可以這樣理解:一個無限小的質點,沉入水中,每個方向都受到相同的壓力,因此一般也稱為靜水壓力,它只引起體積變化,不引起形狀改變。對于金屬材料,即便這個質點沉入水中非常深,還是表現為彈性狀態。因此,一般認為球量不會導致此點進入屈服狀態。偏量為原應力張量減去球量,它只引起形狀變化。
外載荷作用在物體上面產生變形,變形過程中作功,不考慮損耗,這些功等于應變能。單位體積的應變能為應變能密度。同應力張量一樣,我們也可以將應變能密度進行分解,一個是體積改變能密度(由球量引起),一個是畸變能密度(由偏量引起),畸變就是形狀改變。由應變能密度公式,用八面體正應力代人可得體積改變能密度,相減得到畸變能密度,它與彈性模量、泊松比以及此點的三個主應力有關。主應力可以根據應力張量計算出來,坐標變化時,應力張量各分量會改變,但是主應力在空間中的方向以及大小都不隨坐標變化。
既然屈服主要由偏量引起,因此,可以建立一個屈服準則,它只與偏量有關,無論此點處于何種應力狀態,因此可以采用畸變能密度。此屈服條件認為,某點處應力狀態對應的畸變能密度達到某數值時,此點進入屈服狀態。畸變能密度是一個與該點三個主應力相關的量,還與材料相關,消去這些材料系數,就得到mises應力的計算公式,它也是對該點應力狀態的描述。根據拉伸試驗可以確定材料對應的屈服應力,從而建立屈服條件。
稍加深入的研究一下所有屈服條件。在主應力空間研究。我們任取一個直角坐標,設其為主應力空間,坐標軸設為三個主應力。對應要研究的某點,根據其應力狀態可以計算得到它的三個主應力(不管方向),這三個主應力對應于主應力空間中的一個空間點,連接此點與原點,得到一條線。過原點取一個平面,與三個坐標軸等傾,稱為PI平面。其過原點的法線上,每點對應的應力狀態均為球形應力狀態。將某點對應的應力狀態在此直線上投影,則只有垂直pi平面法線的分量會引起屈服。那么,在此空間中,所有屈服點將是一個封閉曲面,它以pi平面的法線為軸,在pi平面上的投影是一個封閉曲線。
mises屈服條件。由于pi平面的法線垂直于八面體的一個面,此面上的八面體剪應力才會導致屈服,因此也可用八面體剪應力建立屈服條件,實質一樣,因此也稱最大八面體剪應力屈服條件。當然還有其它解釋。
mises應力是一個等效應力,注意等效的意義。在單拉時其值就等于拉伸應力。
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