弹塑性材料全状态函数特征研究
Research on Characteristics of All State Function of Elastic-Plastic Materials
DOI: 10.12677/IJM.2017.62013, PDF, HTML, XML, 下载: 1,366  浏览: 2,886 
作者: 卫振海:后勤学院后方专业勤务系,北京;王梦恕, 张顶立:北京交通大学土木建筑工程学院,北京
关键词: 结构性材料全状态函数路径方程流动法则本构关系Structure Materials All State Function Path Equation Flow Rule Constitutive Relation
摘要: 弹塑性材料是经典弹塑性理论所研究的一种典型材料,应用材料结构全状态函数理论研究这一对象,对于验证理论方法的正确性和适用性具有重要理论意义。采用材料结构全状态函数的理论方法,获得了理想弹塑性材料全状态函数的控制偏微分方程组、状态路径方程和本构关系,以及三组特定状态下的解析解:平面形式、圆柱和球面形式的解。发现理想弹塑性材料全状态函数在形式上与经典弹塑性理论的强度理论形式完全一致,所得到的路径方程与流动法则相似,本构关系也与经典弹塑性理论形式相同。至此,证明了材料结构全状态函数理论应用于理想弹塑性材料,可得到与经典弹塑性理论完全相同的结论和结果。更重要的是材料结构全状态函数的概念、理论及方法,将经典弹塑性理论中的强度理论、流动法则和本构关系完全统一在一个理论框架之下,使其具有了统一的理论基础。
Abstract: Elastic-plastic materials are a typical material researched in classic elastic-plastic theory, and it’s of great theoretical significance to verify the accuracy and applicability of theoretical method based on the research on elastic-perfectly plastic materials with the theories of structural all state function. With the theoretical method of structural all state function, the paper obtains control partial differential equations, path equation and constitutive relation as well as three analytical solutions under special states, namely plane-form solution, cylindrical-form solution and spherical-form solution, of all state function of elastic-perfectly plastic materials. According to the research, it’s discovered that the all state function of elastic-perfectly plastic materials is consistent with strength theory of classic elastic-plastic theory in form completely, and moreover, the path equation obtained is consistent with the flow rule completely and the constitutive relation conforms to the form in classic elastic-plastic theory completely as well. So far, it’s proved that it’s able to obtain conclusions and results completely same with classic elastic-plastic theory by means of applying the theories of structural all state function to elastic-perfectly plastic materials. More importantly, the concepts, theories and methods of all state function unify the strength theory, flow rule and constitutive relation in classic elastic-plastic theory under a theoretical framework and endow them unified theoretical basis.
文章引用:卫振海, 王梦恕, 张顶立. 弹塑性材料全状态函数特征研究[J]. 力学研究, 2017, 6(2): 114-130. https://doi.org/10.12677/IJM.2017.62013

参考文献

[1] 朱合华, 张琦, 章连洋. Hoek-Brown强度准则研究进展与应用综述[J]. 岩石力学与工程学报, 2013, 10(36): 1945- 1963.
[2] 牛杰, 刘光连, 田杰, 张雅鑫, 孟力平. 几个强度理论的屈服实验研究[J]. 工程力学, 2014, 1(31): 181-187.
[3] 薛守义. 净剪应变比能强度理论研究[J]. 土木工程学报, 2012, 9(45): 122-127.
[4] 邱士利, 冯夏庭, 张传庆, 黄书岭. 均质各向同性硬岩统一应变能强度准则的建立及验证[J]. 岩石力学与工程学报, 2013, 4(32): 715-727.
[5] 张小波, 赵光明, 孟祥瑞. 考虑峰后应变软化与扩容的圆形巷道围岩弹塑性D-P准则解[J]. 采矿与安全工程学报, 2013, 6(30): 903-916.
[6] 隋凤涛, 王士杰. 统一强度理论在地基承载力确定中的应用研究[J]. 岩土力学, 2011, 10(32): 3038-3042.
[7] 刘德稳, 许纯梅, 邓勇亮, 郭春丽. 关于“土的剪切空间滑动面分析及各向异性强度准则研究”的讨论[J]. 岩土工程学报, 2013, 10(32): 1947-1949.
[8] 尤明庆. 完整岩石的强度和强度准则[J]. 复旦学报(自然科学版), 2013, 5(52): 569-582.
[9] 俞茂宏. 线性和非线性的统一强度理论[J]. 岩石力学与工程学报, 2007, 4(26): 662-669.
[10] Gao, X.L. and Liu, M.Q. (2012) Strain Gradient Solution for the Eshelby-Type Polyhedral Inclusion Problem. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 60, 261-276.
https://doi.org/10.1016/j.jmps.2011.10.010
[11] Zhao, X.H. (2012) A Theory for Large Deformation and Damage of Interpenetrating Polymer Networks. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 60, 319-332.
https://doi.org/10.1016/j.jmps.2011.10.005
[12] 胡亚元. 基于Hill原理的非相关联流动法则的机理研究[J]. 浙江大学学报(工学版), 2013, 7(47): 1192-1198.
[13] 杨强, 冷旷代, 张小寒, 刘耀儒. Drucker—Prager弹塑性本构关系积分:考虑非关联流动与各向同性硬化[J]. 工程力学, 2012, 8(29): 165-171.
[14] 赵炼恒, 孙秋红, 黄阜, 邹金锋. 非关联流动准则对浅埋隧道稳定性影响的上限分析[J]. 公路交通科技, 2012, 12(29): 101-106.
[15] 王红, 袁鸿, 夏晓舟, 章青. 基于最小耗能原理的塑性应变流动法则[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2012, 4(18): 390-395.
[16] 冷飞, 林皋. 塑性流动法则的相关性[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2012, 4(18): 390-395.
[17] 魏匡民, 苏佩珍. 有限元法中非关联流动条件下刚度矩阵的存储方式及平衡方程求解[J]. 三峡大学学报(自然科学版), 2011, 5(33): 11-14.
[18] 孔位学, 芮勇勤, 董宝弟. 岩土材料在非关联流动法则下剪胀角选取探讨[J]. 岩土力学, 2009, 11(30): 3278-3282.
[19] 王亚军, 张我华. 双重流动法则下地基黏塑性随机有限元方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2010, 4(44): 798-805.
[20] 杨雪强, 陈晓平, 宫全美, 孙汉芳. 砂土的剪胀方程及其塑性势(I): 发展现状[J]. 广东工业大学学报, 2012, 1(29): 9-14.
[21] 张然, 武建勋. 粒状体流动法则的微观机制[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2009, 10(41): 247-250.
[22] Ehre, A.E. and MikhailItskov, M.B. (2011) A Continuum Constitutive Model for the Active Behaviour of Skeletal Muscle. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 59, 625-636.
https://doi.org/10.1016/j.jmps.2010.12.008
[23] Gurses, E. and Sayed, T.E. (2011) A Variational Multiscale Constitutive Model for Nanocrystalline Materials. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 59, 732-749.
https://doi.org/10.1016/j.jmps.2010.10.010
[24] 牛斌, 杨海天. 基于均匀化方法的斜交节理岩体复合本构关系研究[J]. 岩土工程学报, 2007, 5(29): 773-778.
[25] Berdichevsky, V.L. (2012) On the Origin of Microstructure Self-Similarity in Severe Plastic Deformation. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 60, 1-13.
https://doi.org/10.1016/j.jmps.2011.10.006
[26] 刘其鹏, 李锡夔, 楚锡华. 基于细观方向平均模型的颗粒材料宏观Cosserat连续体本构关系[J]. 计算力学学报, 2011, 5(28): 683-687.
[27] 姚仰平, 牛雷, 崔文杰, 万征. 超固结非饱和土的本构关系[J]. 岩土工程学报, 2011, 6(33): 833-839.
[28] Cui, W.J. and Wan, Z. (2011) UH Model for Unsaturated Soils. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 6, 833- 839.
[29] 张志超, 程晓辉. 饱和土非等温固结和不排水剪切的热力学本构模型[J]. 岩土工程学报, 2013, 7(35): 1297-1306.
[30] 相彪, 张宗亮, 迟世春, 林皋. 复杂应力路径下堆石料本构关系研究[J]. 岩土力学, 2010, 6(31): 1716-1728.
[31] 卫振海, 王梦恕, 张顶立. 材料结构全状态函数本构关系模型研究[C]//全国结构工程学术会议. 第21届全国结构工程学术会议论文集: 2012年卷. 北京:《工程力学》杂志社, 2012: 10.
[32] Wei, Z.H., Wang, M.S. and Zhang, D.L. (2013) A Research on the Full State Function Constitutive Relation Model. Springer, Berlin.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-32814-5_86
[33] 卫振海. 岩土材料结构问题研究[D]: [博士学位论文]. 北京: 北京交通大学, 2012.
[34] 卫振海, 王梦恕, 张顶立. 岩土材料结构分析[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2012.