屈服
關注創建者：TDK007 創建時間：2020-12-21
屈服的視頻教程
Abaqus材料模型-Hill48各向異性屈服
一、視頻內容介紹 二、Hill48屈服本構理論 三、Hill48屈服模型常數標定方法 四、Hill48屈服模型在板料拉伸成形中的應用
￥79 1小時23分鐘 2301播放
查看
屈服的實例教程
什么是屈服強度？
當外力超過材料的彈性極限之后，此時材料會發生塑性變形，即卸載之后材料會保留部分殘余變形。當外力繼續增加達到一定值之后，就會出現外力不增加或者減少而試樣仍然繼續伸長，表現在應力-應變曲線上就是出現平臺或者鋸齒狀的峰谷，這種現象就稱之為屈服現象。處于平臺階段的力就是屈服力，試樣屈服時首次下降前的力稱為上屈服力，不計瞬時效應的屈服階段的最小力稱為下屈服力。相應的強度即為屈服強度、上屈服強度、下屈服強度。
應力-應變曲線
如何測定屈服強度？
無明顯屈服現象的金屬材料，需測量其規定非比例延伸強度或規定殘余伸長應力，而有明顯屈服現象的金屬材料，則可以測量其屈服強度、上屈服強度、下屈服強度。一般而言，只測定下屈服強度。
通常測定上屈服強度及下屈服強度的方法有兩種：圖示法和指針法。
1.圖示法
試驗時用自動記錄裝置繪制力-夾頭位移圖。要求力軸比例為每mm所代表的應力一般小于10N/mm^2，曲線至少要繪制到屈服階段結束點。在曲線上確定屈服平臺恒定的力Fe、屈服階段中力首次下降前的最大力Feh或者不到初始瞬時效應的最小力Fel。
屈服強度、上屈服強度、下屈服強度可以按以下公式來計算：
屈服強度計算公式：Re = Fe / So，Fe為屈服時的恒定力。
上屈服強度計算公式：Reh = Feh / So，Feh為屈服階段中力首次下降前的最大力。
下屈服強度計算公式：Rel = Fel / So，Fel為不到初始瞬時效應的最小力Fel。
2.指針法
試驗時，當測力度盤的指針首次停止轉動的恒定力或者指針首次回轉前的最大力或者不到初始瞬時效應的最小力，分別對應著屈服強度、上屈服強度、下屈服強度。
上下屈服強度的判定
屈服前的第一個峰值應力判為上屈服強度，不管其后峰值應力大小如何。
展開 Rodney Hill提出的Hill屈服準則是描述各向異性塑性變形的幾種屈服準則之一。最早的版本是馮·米塞斯屈服準則的直接擴展，具有二次型。該模型后來通過考慮指數m進行了推廣。這些準則的變化廣泛用于金屬、聚合物和某些復合材料。
Hill48屈服模型廣泛用于預測材料在多軸加載條件下的屈服行為，它考慮了各向同性材料的非軸對稱特性。它在工程領域中常被用于模擬和分析金屬、塑料等材料的屈服和變形行為。
Mises屈服準則和Hill48屈服模型都是常用的材料強度理論，用于描述材料的屈服行為。它們各自有不同的優勢和不足。
其中Mises屈服準則的優勢包括：
Mises屈服準則是一種簡單而直觀的模型，易于理解和應用。
Mises準則適用于各向同性材料，包括金屬、塑料等。
Mises準則基于等效應力的概念，其數學性質較好，便于數值計算和工程應用。
然而Mises準則基于等效應力，忽略了材料的方向性差異。它無法準確描述各向異性材料或具有明顯的非軸對稱特性的材料的屈服行為。
Hill48屈服模型的優勢則體現為：
與Mises準則相比，Hill48模型能更好地描述多軸加載條件下材料的屈服行為。它考慮了主應力的線性組合，對非軸對稱加載有更好的適應性。
在一些特定的加載情況下，Hill48模型可以提供更準確的預測結果。特別是對于一些具有明顯非軸對稱特性的材料，如纖維復合材料等，Hill48模型可能更適用。
然而相對于Mises準則，Hill48模型的表達式更為復雜，計算和應用上更為繁瑣。且Hill48模型中涉及多個參數，選擇和確定這些參數需要依賴實驗數據和經驗，可能存在一定的主觀性和困難性。
因此在具體工程應用中，需要根據材料的性質、加載條件和研究目的選擇合適的模型。
展開 03
最大切應力理論
該理論認為，引起材料屈服的主要因素是最大切應力，不論何種狀態，只要最大切應力達到材料單向拉伸屈服時的最大切應力，則認為材料屈服。
04
畸變能理論
該理論認為，彈性體在外力作用下產生變形，荷載做功、彈性體變形儲能，稱之為應變能（分為畸變能和體積的改變能）。引起材料屈服的主要因素是畸變能密度，無論何種狀態，只要畸變能密度達到材料單向拉伸屈服時的畸變能密度，材料就屈服。
對于各向同性材料的屈服準則
01
屈雷斯加屈服準則
當材料中的最大剪應力達到某一臨界值時，材料發生屈服。該臨界值取決于材料在變形條件下的性質，而與應力狀態無關。因此，屈雷斯加屈服準則又被稱為最大剪應力準則，表達式為
02
米塞斯屈服準則
材料質點產生屈服的條件，是當其單位體積的彈性形狀變化能達到某一臨界值，該臨界值只取決于材料在變形條件下的性質，而與應力狀態無關。
展開 但在實際生產中我們經常會遇到某些帶鋼經過拉矯以后，雖在一定程度上改善了板形質量，卻導致表面上出現不同程度的褶皺或橫褶紋缺陷，有些汽車用板甚至是在沖壓成形環節才顯示出類似缺陷，這種橫褶紋俗稱屈服紋，且大部分褶紋通常還有手感，嚴重影響產品質量。針對這種缺陷，對其進行深入地顯微分析，才能最大程度地避免相關缺陷的出現。
案例分析
設備和儀器
分析設備主要有Bruker公司Contour GT型三維光學輪廓儀，FEI 公司Quanta400 型掃描電鏡，ZWICKZ600E型電子拉伸試驗機。
表面輪廓觀察
用Bruker公司Contour GT型三維光學輪廓儀對表面屈服紋處進行觀察，如圖2 所示。
拉伸力學檢驗及斷口分析
圖1 帶有屈服紋缺陷的沖壓覆蓋件
在圖1 中的藍色區域中取樣條進行A50 尺寸標準的拉伸力學分析，兩個樣條的拉伸力學曲線如圖4和圖5 所示。
由圖4、圖5 可以看出兩個試樣在拉伸過程中的屈服平臺均明顯短于正常的拉伸曲線，且屈服強度都在380MPa、抗拉強度都在445MPa 以上，其延伸率都高于26%，而常規的此鋼種的屈服強度在330MPa 左右、抗拉強度在435MPa 左右，正常的延伸率在18%左右，可見試樣表面有屈服紋，能在一定程度上改變其拉伸力學屬性。
用電鏡對拉伸后的試樣進行斷口觀察，如圖6、圖7 所示。可以觀察到斷口處皆為韌窩特征，但韌窩明顯有剪切拉伸變形，懷疑是表面的屈服紋在拉伸時產生的微量剪切力導致。
討論和分析
在一般情況下，退火后的帶鋼會帶有明顯的屈服平臺。而平整時的張力只使帶鋼產生彈性變形，沒有塑性變形。
展開 03
最大切應力理論
該理論認為，引起材料屈服的主要因素是最大切應力，不論何種狀態，只要最大切應力達到材料單向拉伸屈服時的最大切應力，則認為材料屈服。
04
畸變能理論
該理論認為，彈性體在外力作用下產生變形，荷載做功、彈性體變形儲能，稱之為應變能（分為畸變能和體積的改變能）。引起材料屈服的主要因素是畸變能密度，無論何種狀態，只要畸變能密度達到材料單向拉伸屈服時的畸變能密度，材料就屈服。
對于各向同性材料的屈服準則
01
屈雷斯加屈服準則
當材料中的最大剪應力達到某一臨界值時，材料發生屈服。該臨界值取決于材料在變形條件下的性質，而與應力狀態無關。因此，屈雷斯加屈服準則又被稱為最大剪應力準則，表達式為
02
米塞斯屈服準則
材料質點產生屈服的條件，是當其單位體積的彈性形狀變化能達到某一臨界值，該臨界值只取決于材料在變形條件下的性質，而與應力狀態無關。
展開 
屈服的相關專題、標簽、搜索
屈服的最新內容
Weld Finder使您能夠在部件之間設置焊接和非焊接條件，通過抗拉性能或屈服性能篩選焊縫，并驗證識別設置。（視頻見原文）
優勢：這些工具可簡化設置，從而快速準確地定義和調整模型部件。這種條理清晰的準備工作可確保模型精確符合仿真要求，并顯著提高整個工作流程的速度和準確性。
第四，溫度相關彈性常數雖然在大塑性應變階段影響有限，但會明顯影響彈性加載、初始屈服和回彈相關問題。
基于該模型思想，后續可以設計一個數值案例：建立 FCC 多晶 RVE，在不同溫度下進行單軸拉伸或模擬，對比等溫條件、外部溫度場條件以及考慮熱軟化后的應力-應變響應。同時輸出滑移活動、局部應變集中、溫度相關硬化參數和織構演化結果，用于展示 TEV 晶體塑性模型在高溫成形模擬中的優勢。
原始文獻：《Mechanical modelling of indentation-induced densification in amorphous silica》
該文章為了模擬非晶態二氧化硅的壓縮力學性能，把拉伸與壓縮分開處理：拉伸側采用熟悉的 von Mises 屈服，壓縮側則切換到 cap 屈服面。
屈服強度是材料從彈性變形進入塑性變形的臨界點。拉伸過程中，材料在屈服點之前僅產生彈性變形；過了屈服點則進入塑性階段，產生永久不可恢復的變形。塑料材料由于韌性較差，拉伸試驗中基本沒有明顯的屈服階段，工程設計中常以產生0.2%殘余應變時的應力作為條件屈服極限。
抗拉強度是材料應力值的極限點，超過此值材料即被判定破壞失效。
基于UMAT的蠕變變形仿真16天前
從載荷變形曲線看，它和屈服可能更像，有些材料的屈服會呈現載荷基本保持不變，但是變形卻顯著增加。但是也是有區別的，屈服強調載荷接近材料極限，且不可逆，短時間內發生。而蠕變一般是結構正常服役工況，應力水平不高，且要有較長時間周期，比如地基的沉降現象。
該鋁材的楊氏模量為71000MPa，泊松比為0.33，屈服強度為280MPa，切線模量為70MPa。
3、導入幾何模型（圖 1）。
圖 1. 環肋圓柱柱體的幾何模型
4、定義連接并劃分網格。定義連接，將圓柱柱的頂邊和底邊分別與頂部和底部板連接。
5、分配邊界條件并運行模擬。固定底板的底面，并在頂板上施加 10 N 的壓力。
本資源包含一份 PDF 文檔和可直接編譯運行的 Fortran UMAT 代碼，具體內容為：</span></p><p class="ql-align-justify">理想彈塑性本構 + 隱式積分 + 徑向返回</p><p class="ql-align-justify">完整公式推導 + Fortran 源碼直接編譯</p><p class="ql-align-justify">von Mises 屈服
這些量反映了材料內在的力學狀態，與觀察方向無關，因此常用于判斷材料的屈服、破壞或變形行為。
有限元分析結果顯示，上柱窩與下柱窩作為主要受力集中區域，其峰值應力分別約為 330?MPa 與 334?MPa，均處于材料屈服強度以下，且應力分布連續、無數值異常，驗證了模型的可靠性與邊界條件設置的合理性。
通常我們是可以查到PA基體的力學參數（拉伸屈服強度）和PA+GF20 的拉伸屈服強度。
? 這里可以近似理解為玻纖方向的=130MPa即為PA+GF20的拉伸屈服強度
? ==74MPa為純PA的拉伸屈服強度，
? 同時近似使用 = =75MPa，
? =37.5MPa。
