向量张量应力部不变量.ppt

内容提要 张量运算的基本法则应力分析应变分析 向量的表示方法 字母表示法坐标表示法 矩阵表示法 向量的数乘 向量的和与差 向量的点积 向量的叉积 向量的夹角 3个向量的混合积 字母标记法 需要注意的是 自由标号 KronnekerDelta 相关运算 置换符号 相关运算 空间坐标转换 向量 一阶张量 二阶张量 张量相等 张量加减与数乘 张量的加减为各个分量逐个加减运算张量的数乘为张量的各个分量分别乘以 张量的并乘与张量的外积 张量的缩并与张量的点积 一点应力的表示方法 主应力 应力张量的不变量 图3 1应力张量的分解 应力偏张量 应力球张量 应力偏量不变量 八面体正应力与剪应力 J2的相关代表力 应力不变量之间的关系 应力状态和不变量的几何解释 应力状态和不变量的几何解释 应力不变量之间的关系 混凝土双轴实验 混凝土双轴强度特点 1 混凝土的一向抗压强度随着另一向压力的增大而增大 最大压应力在两个主应力比为处发生 约为抗压强度的1 22 1 27倍 双向等压时 强度约为单向受压强度的1 16 1 20倍 在一向受拉一向受压时 混凝土受压方向的抗压强度随另一方向拉盈利的增加而降低 混凝土双轴强度特点 2 混凝土双轴强度特点 3 双向受拉时 混凝土的抗拉强度基本上不受另一方向的影响 即双向抗拉强度和单向抗拉强度基本相等 混凝土双轴强度特点 4 双向应力状态 混凝土的应变大小与应力状态的性质 是受拉还是受压 有关 双轴应力强度的计算公式 修正的莫尔 库仑准则Kupfer公式多折线公式双参数公式 公式简单强度偏小 偏于安全 修正的莫尔库仑准则 莫尔库仑准则的特点 Kufer公式 多折线公式 双参数公式 三轴应力下的混凝土强度准则 混凝土破坏包络面的特征 平面 b 柱面屈服面图2 9屈服面和屈服轨迹 混凝土强度准则模型 分类按来源借用古典强度理论试验回归纯数学推导按参数个数单参数 五参数模型 古典强度理论 最大拉应力准则 Rankine强度准则 剪应力强度准则 Tresca VonMises 莫尔库仑准则Drucker Prager强度准则 最大拉应力准则 Tresca强度准则 VonMises强度准则 莫尔库仑强度准则 莫尔库仑强度准则 续 Drucker Prager准则 三参数强度准则 Bresler Pister强度准则William Warnke强度准则清华大学强度准则 Bresler Pister强度准则 Kotsovos五参数模型 图7 3各破坏准则的拉压子午线 图7 4各破坏准则的偏平面包络线 图7 5各破坏准则的二轴包络线 带有知识 数据库 的破坏模型 结构特点 计算等级选择模型形式 材料特点 构件特点选择试验点并加权 自动确定模型参数 1 2 3 45参数模型 混凝土三轴试验数据库 本构关系 混凝土在多轴应力状态下的本构关系 当然更要复杂得多 三个方向主应力的共同作用 使各方向的正应变和横向变形效应相互约束和牵制 影响内部微裂缝的出现和发展程度 而且 混凝土多轴抗压强度的成倍增长和多轴拉 压强度的降低 扩大了混凝土的应力范围 改变了各部分变形成分的比例 出现了不同的破坏过程和形态 这些都使得混凝土多轴变形的变化范围大 形式复杂 另一方面 混凝土多轴试验方法的不统一和应变量测技术的困难 又加大了变量测数据的离散度 给研究本构关系造成更大困难 混凝土多轴本构关系大体有4类 1 线弹性模型 2 非线弹性模型 3 塑性理论模型 4 其它力学理论类模型 其中 1 3类模型是将成熟的力学体系 即弹性力学和塑件理论等 的观点和方法作为基础 移植至混凝土 4类模型则是借鉴 些新兴的力学分支 如粘性弹 塑 性理论 内时理论 断裂力学 损伤力学等的概念相方法 结合混凝土的材料特点推导而得 2类模型主要依据混凝土多轴试验的数据和规律 进行总结回归分析后得到 各类本构模型的理论基础 观点和方法迥异 表达形式多样 简繁相差悬殊 适用范围和计算结果的差别大 很难确认一个通用的混凝土本构模型 只能根据结构的特点 应用范围和精度要求等加以适当选择 至今 实际工程中应用最广泛的还是源自试验 计算精度有保证 形式简明和使用方便的非线弹性类本构模型 1 线弹性模型 这是最简单 最基本的材料本构模型 材料变形 应变 在加载和卸载时都沿一直线变化 完全卸载后无残余变形 应力和应变有确定的唯一关系 其比值即为材料的弹性常数 称弹性模量 当混凝土的应力水平较低 内部微裂缝和裂缝和塑性变形未有较大发展时 预应力结构或受约束结构的外裂之前 体形复杂结构的初步或近似计算时 有结构选用不同的本构模型 对其计算结果不敏感时等等 所以 线弹性本构模型在钢筋混凝土结构分析中的应用仍有相当大的余地特别是因为按照线弹性分析的应力分布进行适当配筋后 一般结构能保证必要的 甚至稍高的承载力安全度 有些设计规范中允许采用这类本构模型 空间应力应变关系 弹性本构矩阵 Ev形式 弹性本构矩阵 KG形式 1 各向异性本构模型 这一本构模型中刚度矩阵不对称 共需36个材料弹性常数 2 正交异性本构模型 3 各向同性本构模型 2 非线弹性模型 弹性模量 混凝土三维本构模型的核心 各种本构模型的本质差别 非线性弹性模型的基本思路 非线性弹性模型的分类 全量模型 Codolin模型 Ottosen模型 破坏准则非线性指标等效应力应变关系 非线性指标 NonlinearIndex 二维非线性指标 三维非线性指标 Ottosen法 三维非线性指标 法 三维非线性指标 比例增大法 等效一维应力应变关系 割线模量计算式 三维混凝土应力应变关系 峰值和应变都要增大 取值 王传志公式Ottosen公式 割线泊松比计算 本构矩阵计算步骤 已知混凝土强度 初始弹性模量和泊松比 单轴应力应变关系 破坏准则 当前应力水平计算主应力计算非线性指标计算割线模量计算割线泊松比形成非线性本构矩阵 例题 求主应力 求非线性指标 得到Es和vs 增量模型 增量形式的切线模量 Darwin模型 假设在双向应力下等效应力应变关系仍服从Saenz公式 峰值应力和峰值应变的计算 本构矩阵 图8 14Ottosen本构模型 a 单轴受压关系 b 多轴关系 c 泊松比 多轴应力峰值弹性模量 3 塑性理论类模型 图3 20弹性 全塑性本构模型 图3 21线弹性 硬化塑性 断裂本构模型 a 单轴关系 b 二轴应力加载图