
【機】 theory of plasticity
塑性理論(Theory of Plasticity)是固體力學的重要分支,研究材料在超過彈性極限後發生不可逆永久變形的力學行為與規律。其核心關注材料在外力作用下屈服、流動及硬化的本構關系,為工程結構強度設計、金屬成型工藝提供理論基礎。
塑性變形本質
當材料所受應力超過屈服強度(Yield Strength)後,即使卸載也無法恢複原始形狀,原子晶格發生滑移或孿生,形成永久變形。區别于彈性變形的可逆性,塑性變形具有不可逆性與路徑依賴性(參考:R. Hill, The Mathematical Theory of Plasticity, 1950)。
理論框架要素
$$ begin{aligned} text{von Mises準則:} quad & sigma_e = sqrt{frac{1}{2}left[ (sigma_1-sigma_2) + (sigma_2-sigma_3) + (sigma_3-sigma_1) right]} geq sigma_Y end{aligned} $$
塑性理論指導沖壓、鍛造、軋制等工藝的模具設計與載荷預測,優化材料利用率(參考:ASM International, Metal Forming Handbook, 1998)。
預測建築、橋梁在極端載荷下的破壞模式,如塑性鉸機制與倒塌荷載計算(參考:J. Chakrabarty, Theory of Plasticity, 2012)。
分析土體剪切破壞、地基承載力及岩石蠕變行為(如Drucker-Prager準則)。
注:本文定義綜合經典力學教材、國家标準及工程手冊,核心公式與概念經行業公認。
塑性理論是固體力學的重要分支,主要研究材料在超過彈性極限後發生永久變形(即塑性變形)的力學行為及其數學描述。以下是詳細解釋:
屈服準則
定義材料進入塑性狀态的臨界條件,數學上表示為屈服面方程:
$$f(sigma{ij}, k) = 0$$
其中$sigma{ij}$為應力張量,$k$為硬化參數。常見準則包括Tresca準則(最大剪應力)和von Mises準則(畸變能)。
流動法則
描述塑性應變增量的方向,通常與屈服面相關聯,表達式為:
$$dvarepsilon^p = dlambda frac{partial f}{partial sigma}$$
其中$dlambda$為塑性乘子。
硬化規律
定義屈服面在塑性變形過程中的演化規律,包括等向硬化(屈服面均勻擴張)和隨動硬化(屈服面平移)等模式。
塑性理論通過屈服準則、流動法則和硬化規律三大核心,系統描述材料的非線性力學行為,為工程設計與材料加工提供關鍵理論支持。更多細節可參考、4、5中的原始文獻。
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