
【机】 theory of plasticity
塑性理论(Theory of Plasticity)是固体力学的重要分支,研究材料在超过弹性极限后发生不可逆永久变形的力学行为与规律。其核心关注材料在外力作用下屈服、流动及硬化的本构关系,为工程结构强度设计、金属成型工艺提供理论基础。
塑性变形本质
当材料所受应力超过屈服强度(Yield Strength)后,即使卸载也无法恢复原始形状,原子晶格发生滑移或孪生,形成永久变形。区别于弹性变形的可逆性,塑性变形具有不可逆性与路径依赖性(参考:R. Hill, The Mathematical Theory of Plasticity, 1950)。
理论框架要素
$$ begin{aligned} text{von Mises准则:} quad & sigma_e = sqrt{frac{1}{2}left[ (sigma_1-sigma_2) + (sigma_2-sigma_3) + (sigma_3-sigma_1) right]} geq sigma_Y end{aligned} $$
塑性理论指导冲压、锻造、轧制等工艺的模具设计与载荷预测,优化材料利用率(参考:ASM International, Metal Forming Handbook, 1998)。
预测建筑、桥梁在极端载荷下的破坏模式,如塑性铰机制与倒塌荷载计算(参考:J. Chakrabarty, Theory of Plasticity, 2012)。
分析土体剪切破坏、地基承载力及岩石蠕变行为(如Drucker-Prager准则)。
注:本文定义综合经典力学教材、国家标准及工程手册,核心公式与概念经行业公认。
塑性理论是固体力学的重要分支,主要研究材料在超过弹性极限后发生永久变形(即塑性变形)的力学行为及其数学描述。以下是详细解释:
屈服准则
定义材料进入塑性状态的临界条件,数学上表示为屈服面方程:
$$f(sigma{ij}, k) = 0$$
其中$sigma{ij}$为应力张量,$k$为硬化参数。常见准则包括Tresca准则(最大剪应力)和von Mises准则(畸变能)。
流动法则
描述塑性应变增量的方向,通常与屈服面相关联,表达式为:
$$dvarepsilon^p = dlambda frac{partial f}{partial sigma}$$
其中$dlambda$为塑性乘子。
硬化规律
定义屈服面在塑性变形过程中的演化规律,包括等向硬化(屈服面均匀扩张)和随动硬化(屈服面平移)等模式。
塑性理论通过屈服准则、流动法则和硬化规律三大核心,系统描述材料的非线性力学行为,为工程设计与材料加工提供关键理论支持。更多细节可参考、4、5中的原始文献。
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