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剛塑性材料模型
在許多管材彎曲的實際問題中,數學上的計算困難迫使我們不得不忽略
彈性變形部分,而近似認為彎曲應力在屈服點以下時管材處于完全無應變
的剛性狀態,并假設管材的彈性模量為無窮大,這就是所謂的剛塑性材料
。因為如粟按照管材受力初始由彈性向塑性過渡過程的真實狀態,既要考
慮彈性區,又要考慮彈塑性交界及其所謂約束塑性區,這時再來研究塑性
區的彎管流動變形,問題將是十分復雜的。但如果考慮到彈性變形與塑性
變形量值的差異,而近似將應力還不滿足屈服條件的塑性流動區以外的部
分視為剛性區,確切地說,應該是在塑性變形可以充分發展的時刻忽略彈
性變形,則可使管材彎曲的求解問題大為簡化。實際上,板材和管材彎曲
變形是復雜的彈塑性問題,但其中的塑性變形量通常遠大于彈性變形量,
而材料的變形狀況主要是通過塑性變形量來反映的。
在研究管材塑性彎曲變形并對應力進行分析求解時,需要與材料的本構
關系或材料模型聯系起來,因為僅由平衡方程和塑性條件來確定應力分布
僅限于塑性力學的靜定問題。這種情況下,求得應力分布后,必須根據本
構關系求出對應的位移分布,并驗證這個位移場是否協調,否則,很可能
導致假設的塑性變形區范圍存在問題。因此,材料的本構關系在塑性理論
分析中占有非常重要的位置。
如前所述,管材的材料模型是一個理想化的函數表達式。而將試驗所
得應力應變曲線再簡化為某種模型的過程中,很可能帶來不同程度的誤差
。那么,如果選定了與實際管材應力應變關系不相吻合的材料模型,最終
所得計算結果的實際誤差將會進一步擴大,這將導致計算結果和所得結論
嚴重失真。因此,在確定管材的材料模型時,必須慎重且應盡可能與實際
管材試驗曲線相吻合。
由于管材彎曲理論尚不成熟,使得我們在做試驗分析和理論研究的同
時,需要借助于有限元計算技術。這種情況下,為盡可能降低由于材料模
型選擇所帶來精度損失,應將由單向拉伸或壓縮試驗測試計算所得的真實
應力應變關系,直接作為曲線硬化模型導入有限元中進行計算,力求獲得
比較準確的分析結果。然后,再將有限元計算結果與試驗分析和理論計算
結果進行分析比對,并更換材料模型重復理論計算,從而獲取更為精確的
計算結果,并應用于實際生產中。
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