基于双剪统一强度理论的厚壁圆筒塑性极限载荷分析

应用双剪统一强度理论,考虑材料的拉压异性和同性,推导了在内压和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷表达式．在该表达式中,当其系数取不同的值时,就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则进行计算的结果．     

拉压性能不同材料厚壁圆筒与厚壁球壳的极限压力

本文就拉压屈服极限不同的理想弹塑性材料厚壁圆筒及厚壁球壳在内压力作用下进行了应力分析，得到了依赖于压拉比的弹性极限载荷与塑性极限载荷．由分析结果可见，拉压性能不同材料的弹性极限载荷与塑性极限载荷均有所提高，并且随着壁厚的增加提高量也有显著增加．     

拉压异性材料含受压圆孔大平板的极限分析

探讨了广义双剪应力强度理论在平面应力状态下的屈服轨迹及其方程式,并用于拉压异性材料圆孔受内压的极限分析,得到了与拉压比有关的弹性极限内压力,弹塑性区的应力、塑性内压力与弹塑性分界半径之间的关系、塑性区的最大半径和最大内压力,所得极值均高于用莫尔强度理论分析的结果。     

拉压异性线性等向强化材料厚壁球壳极限分析

运用Mohr屈服准则对承受内压的拉压屈服强度不同的线性等向强化材料的厚壁球壳进行了极限载荷分析，得到了依赖于拉压比和强化模量的厚壁球壳极限载荷解析式和依赖于拉压比和强化模量的厚壁球壳极限载荷分析式。结果表明，材料拉压屈服强度的不同和强化特性对厚壁球壳极限载荷均有一定的影响。     

拉压性能不同材料厚壁圆筒与厚壁球壳的极限压力

本文就拉压屈服极限不同的理想弹塑性材料厚壁圆筒及厚壁球壳在内压力作用下进行了应力分析，得到了依赖于压拉比的弹性极限载荷与塑性极限载荷。由分析结果可见，拉压性能不同材料的弹性极限载荷与塑性极限载荷均有所提高，并且随着壁厚的增加提高量也有显著增加。     

冲击荷载作用下简支圆板的塑性动力响应统一解

采用统一强度理论求解了简支圆板在中等脉冲荷载作用下的动力响应问题,得出了统一的动力塑性极限荷载、内力场和速度场,并给出了上限解和下限解。讨论了静力许可条件和运动许可条件。利用本文的解还得出了简支圆板在静力荷载作用下的极限荷载、内力场和速度场。根据选择不同的拉压比参数,本文所给出的解可以适用于各种拉压异性和拉压同性材料。Tresca解、Mohr Coulomb解和双剪统一屈服准则解是本文的特例,Mises解是本文当=1和b=0.5时的线性逼近。研究结果表明,拉压比和强度理论参数b对动力解的影响要大于对静力解的影响,所以,根据材料的不同选择合适的强度理论,对于更好的发挥材料的强度潜力,减轻结构的重量具有重要的意义。     

线性荷载作用下外简支环板的极限荷载分析

对于线性荷载作用下外简支环板,引入统一强度理论,进行了极限荷载分析。并分别求出了两种特殊形式的线性荷载作用下的极限荷载统一解,得出参数b值及材料的拉压比α对极限荷载的影响曲线。统一强度理论中,选择不同的参数b,可以得到一系列不同的屈服准则,不同的b值可以对应不同的工程材料,其中b=0和b=1分别给出了下限解和上限解。工程实际中,α可根据实际材料的拉压强度直接确定。当α=1时,统一强度理论适用于拉压强度相同的材料,当a≠1时,适用于拉压强度不同的材料。因此文中所给出的解可以灵活应用于各种性能的材料,可以充分反映材料的SD效应及中间主应力效应。已有的Tresca准则,Mises准则,双剪应力屈服准则以及双剪统一屈服准则的解答均为本文解答的特例或线性逼近。     

线性强化材料厚壁圆筒的统一极限分析

运用统一强度理论对承受内压的拉压屈服强度不同的线性强化材料的厚壁圆筒进行了极限载荷分析，得到了适用于多种材料的厚壁圆筒极限载荷的统一解析式．     

简支圆板在复杂荷载作用下的塑性极限荷载统一解析解

本文采用双剪统一屈服准则对受线性荷载和边缘弯矩联合作用下的简支圆板进行了塑性极限分析，考虑了联合作用的两种形式，分别给出了统一的解析解。得到了极限荷载随不同屈服准则的变化曲线。对于不同的材料，本文均能给出相应的极限荷载。已有的Tresca准则、Von Mises准则、双剪应力准则的解答是文中解答的特例或逼近。本文得到的一系列有规则变化的解析解，可以适用于各种拉压强度相同材料的简支圆板的塑性极限荷载求解。文中统一解大于Tresca单剪理论解，它可以更好地发挥材料的强度潜力，工程应用可以取得明显的经济效益。     

不同拉压特性的双层厚壁圆筒极限承载力解答

采用统一强度理论并考虑材料拉伸与压缩弹性模量的差异性，建立均匀内压作用下双层厚壁圆筒的应力表达式，获得了其内压相应的弹性极限解答、塑性极限解答，并分析拉压强度比、拉压模量系数、统一强度理论参数、半径比及分层半径对弹性、塑性极限内压的影响规律．研究结果表明：弹性、塑性极限内压随拉压强度比的增加而减小，但随统一强度理论参数、半径比的增加而增大；弹性极限内压随分层半径的增加呈现先增大后减小变化，随拉压模量系数的增加而一直减小；塑性极限内压与拉压模量系数、分层半径无关．应用于实际工程时，可根据所得结果选择合理的壁厚及分层半径，再根据材料特性确定其他参数，以便更加准确地计算结构的受力状况．     

考虑材料拉压异性的固支圆板塑性极统一解

本文采用最新的统一强度理论求出了固支圆板的塑性极限荷载,内力场及速度的统一解;得出了强度理论参数b及材料的不同拉压比α对塑性极限的影响曲线,所给出的解可以灵活地适用于各种不同特性的材料及机械、土木、航空等工程的相关结构中,文献中已有的Tresca解,Mises解和双剪统一屈服准则解均为本文的特例,本文的统一解还给出了一系列新的结果,统一解大于Tresca,Mohr-Coulomb的单剪理论解,它可以更好地发挥材料的强度潜力,工程应用可以取得明显的经济效益。     

基于D-P准则的压力相关材料结构拓扑优化

基于描述材料力学行为的Drucker-Prager(D-P)屈服准则, 研究了压力相关材料连续体结构拓扑优化设计问题的数学模型和数值算法. 以单元材料人工密度为设计变量, 结合SIMP惩罚模型和多孔微结构局部应力插值模型, 建立了以材料体积最小化为目标、考虑材料D-P屈服条件约束的优化问题数学模型. 利用\varepsilon-松弛方法消除奇异解现象, 采用伴随法有效推导约束函数灵敏度计算公式, 运用基于梯度的连续变量优化算法迭代求解优化问题. 数值算例验证了优化模型的正确性及数值算法的有效性, 并通过与von Mises应力约束优化结果的比较, 说明了材料的压力相关特性会对结构最优拓扑产生重要影响. 该方法设计出的最优拓扑由于充分利用了压力相关材料的抗压能力, 因而更为合理和实际.      

不同拉压特性的厚壁圆筒极限内压统一解

厚壁圆筒在实际工程领域中应用广泛,若能精确计算出极限内压,对预防事故发生,降低风险有重要意义.工程中存在许多材料,其拉压强度和拉压模量均存在差异,这些差异对极限内压的大小有显著影响.以往研究表明,仅考虑拉压强度与拉压模量的一个方面,计算结果与实际情况存在一定的误差.本文基于双剪统一强度理论,综合考虑中间主应力效应及材料拉压强度和拉压模量的不同,推导了内压作用下厚壁圆筒的弹、塑性状态的应力分布及弹性极限内压、塑性极限内压与安定极限内压的统一解,通过与其他文献对比分析验证了本文计算结果的正确性,分析了半径比、统一强度理论参数、拉压强度比与拉压模量系数对弹性极限内压、塑性极限内压及安定极限内压的影响.结果表明:统一解均随半径比和统一强度理论参数的增大而增大,随拉压强度比的增大而减小,弹性极限内压随材料拉压模量系数的增大而减小,当壁厚增加到一定值后,安定极限内压随材料拉压模量系数的增大而减小;材料的拉压模量不同、拉压强度差异对厚壁圆筒的安定性影响显著,考虑中间主应力效应可使材料的潜能得到更充分发挥,极限内压随半径比的变化规律可为选择合理壁厚提供参考,该结论可为厚壁圆筒的工程应用提供理论依据.     

Evaluation of multiaxial theories for room-temperature plasticity and elevated-temperature creep and relaxation of several metals

Based on the assumption that the material satisfies the condition of isotropic hardening for either a von Mises or a Tresca material, finite-strain theories are derived for solid circular torsion members for the conditions that the inelastic deformations are either time independent or time dependent. In the latter case, both creep and relaxation theories are derived. At room temperature the theories are evaluated for each of eight metals using finite-strain data from tension, compression and torsion members. Of the six metals that are found to satisfy the condition required for the isotropic-hardening model, two are von Mises, one is Tresca, and the other three are between von Mises and Tresca. At elevated temperatures, the theories are evaluated for each of five of the latter six metals, using data from tension and torsion members. Material properties obtained from the tension specimens are used to predict creep and relaxation curves for the torsion members. Contrary to the results at room temperature, creep curves for the torsion members do not all fall within the region bounded by von Mises and Tresca theories. In the case of relaxation, either excellent agreement is obtained between the von Mises strain-hardening theory and experimental data or the theory is conservative.     

完整岩石拉压应力状态下的张裂破坏准则

一点的应力状态可由3个主应力$\sigma_{1}$, $\sigma_{2}$, $\sigma_{3}$来表示, 当规定主应力以压为正时, 沿最大主应力$\sigma_{1}$方向将产生收缩变形, 若中间主应力$\sigma_{2}$和最小主应力$\sigma_{3}$都远小于$\sigma_{1}$, 则沿$\sigma_{2}$和$\sigma_{3}$方向会产生横向扩张变形, 当横向扩张变形达到一定极限时, 将会在平行于$\sigma _{1}$的方向产生张裂破坏. 如何建立这种张裂破坏的强度准则目前尚缺乏研究, 最大拉应变理论(第二强度理论)有时被用来解释张裂破坏, 但最大拉应变理论难以应用于三向受力状态. 本文分别用$\varepsilon_{1}$, $\varepsilon_{2}$表示最大张应变和次大张应变, 则最大拉应变理论认为当$\varepsilon_{1}$达到单向拉伸屈服应变时, 材料将产生破坏. 而本文将根据$\varepsilon_{1}+\varepsilon_{2}$之和达到极限值$\varepsilon_u$来建立张裂破坏准则. 可以证明$\varepsilon_{1} +\varepsilon_{2}$所表示的是$\sigma_{1}$主平面的面积增长率. 当$\sigma_{3}<\sigma_{2} \ll \sigma_{1}$时, 大部分岩石都具有脆性破坏的特点, 所以可将破坏前的岩石视为满足广义胡克定律的线弹性材料, 这样用$\varepsilon_{1}$, $\varepsilon_{2}$表示的强度准则可通过$\sigma_{1}$, $\sigma_{2}$, $\sigma_{3}$来表示. 在这个过程中还可考虑岩石在拉伸和压缩时具有不同弹性参数和强度的特点, 并可通过单向拉伸和单向压缩的破坏状态来确定$\varepsilon_u$. 不管$\sigma_{1}$, $\sigma_{2}$, $\sigma_{3}$是压应力, 还是拉应力, 或者$\sigma_{1}$, $\sigma_{2}$, $\sigma_{3}$中有拉有压的情形, 基于$\varepsilon_{1} +\varepsilon_{2} =\varepsilon_u$都可建立相应的强度准则. 所建立的准则可以反映中间应力$\sigma_{2}$对强度的影响规律, 通过建立的强度准则还可以证明: 静水拉力能引起屈服, 而静水压力不能产生屈服; 压缩破坏能使塑性体积增大, 其结果比Mohr-Coulomb准则更能反映实际情形. 并通过拉压应力状态下的试验数据验证了所建立的强度准则, 所得理论计算结果和已有的试验数据吻合得很好. 通过提出的强度准则和圆盘劈裂的试验结果, 可获得更为可靠的岩石单轴抗拉强度.      

Localization in elasto-plastic materials: Influence of the plasticity yield surface in biaxial loading conditions

The influence of the plasticity yield surface on the development of instabilities in plane plates in biaxial loading is analyzed in order to understand and simulate the localization pattern observed in an expanding hemisphere experiment. First, a criterion for the activation of slip bands is formulated in the form of a critical hardening coefficient: it is particularized to the Von Mises and Tresca surfaces. In the Von Mises case, the criterion gives a strongly negative hardening coefficient in biaxial loading conditions different from the ones of plane strain. In the Tresca case, the criterion is fulfilled for a perfectly plastic material in uniaxial and biaxial loading; besides, in equi-biaxial loading, two possible orientations for slip bands are exhibited; this can be understood, with a few approximations, by the existence of a vertex point on the Tresca yield surface which give additive degrees of freedom for the direction of the plastic strain rate. Second, the development of localization in the loading conditions met in an expanding hemisphere experiment is simulated using both plasticity yield surfaces; whereas the Von Mises simulation does not localize, the Tresca simulation exhibits a pattern composed of a network of shear bands of different orientations; this pattern is not far from the pattern observed experimentally.     

Mesoscale plastic flow generation and development for polycrystals

The traditional yield criteria of plasticity such as Mises, Tresca, etc. make use of averaged macroparameters while mesomechanics consideration is based on the physical notion of plastic deformation mechanisms. They may involve the development of plastic shears on the surfaces and interfaces of internal structure elements involving stress concentration and relaxation. A criterion of plastic flow is proposed; it is based on the stress–strain state in a cell of computational grid as well as in the neighboring cells. An algorithm of plastic shear generation is developed for the progressive propagation of the plastic shears over the crystal. Test calculations of the crystal behavior under tension are made and the results are presented.