應變軟化（strain softening）是指材料試件經1次或多次載入和卸載後，進一步變形所需的應力比原來的要小，即應變後材料變軟的現象。應變軟化過程中，隨著應力的加大，應變增長的速率加快。動態恢復、動態重結晶作用以及流體的加入等都有利於應變軟化。這種材料行為，即稱為應變軟化。
基本介紹
- 中文名：應變軟化
- 外文名：strain softening
- 釋義：應變後材料變軟的現象
- 屬性：材料行為
- 軟化方法：動態恢復、動態重結晶作用等
- 學科：力學
簡介,混凝土的應變軟化特性,應變軟化岩體分析原理及其套用研究,研究介紹,研究結論,
簡介
聚合物材料對應變的阻力隨應變的增加而減小的現象，其可表現為聚合物受應力作用超過屈服點時，其應力-應變曲線斜率(或僅僅是應力本身)減小的現象。當應力用表觀應力表示時，它可簡單地解釋為由於樣品截面積的減小而使表觀應力值下降，但是它也可以是一種固有的應變軟化，因為在時間-應力曲線上可以觀測到這種現象。
應變軟化可引起局部應變即不均勻應變現象。應變軟化現象是由於較大應變時，大分子鏈各物理交聯點發生重新組合，形成有利於形變發展的超分子結構所致。玻璃態聚合物的高度應變軟化是導致形成剪下帶的重要原因。應變軟化的程度和剪下帶的嚴重程度，不僅與聚合物的化學組成有關，也與溫度、應變速率和聚合物材料的熱歷史有關。
混凝土的應變軟化特性
關於應變軟化的物理過程，Read和Hegemier(1984)對岩土和混凝土的應變軟化進行了相關的試驗研究，發現描述岩石和混凝土的應變軟化特性的大量數據來自於實驗室無圍壓壓縮試驗和三軸壓縮試驗。從無圍壓(單軸)壓縮試驗產生的數據通常是軸向力 F 隨(控制)軸向位移 u 的變化，因此，應力-應變關係可表達為
其中，σ和ε分別表示軸向應力和軸向應變；A0和L0分別是初始截面積和未變形時試件的長度。顯然，這樣得到的應力和應變值不是真實值，除非它們滿足下列三個條件：(1)試件必須是均質的。(2)試件必須處於均勻應力和均勻應變狀態中。(3)整個試驗過程中試件的幾何尺寸沒有大的變化。但是，相關研究文獻指出，岩石和混凝土的應變軟化並不完全滿足上述三個條件。一般來說，應變軟化的初始狀態反映了從一個連續體到一個結構的轉變和(或)試件局部幾何尺寸的明顯改變。因此，如果按通常情況的應力-應變描述，直接從測定的軸向應力一位移數據中得到的應變軟化不是真實的材料特性，而是一種結構的性質，也就是說，試件的均勻性發生了改變，幾何尺寸發生較大的變化，應變軟化是這些變化的結果。
應變軟化岩體分析原理及其套用研究
研究介紹
在岩土工程中，工程岩土體大多呈現應變軟化現象，室內單軸（或三軸）力學試驗和現場大尺寸壓縮（或剪下）試驗很好地佐證了岩土介質的這種力學特性。為了較為準確地分析工程岩土體的變形與受力情況，國內外眾多學者採用不同的方法、從不同的角度對應變軟化行為的發生機制、分析理論及方法進行了系統的研究，取得了卓有成效的成果。綜合而言，應變軟化研究方法可以劃分為細觀和巨觀分析方法。
針對岩土體軟化與脆性破壞問題，從細觀角度出發提出的模型與方法有損傷力學模型、細觀力學模型、強度統計分布方法和物理細胞自動機方法等，這類方法主要考慮材料顆粒在外載荷作用下引起的變形、錯位、損傷和破壞，由此研究其巨觀力學回響。這些成果能很好地描述變形局部化的發生與發展機制，解釋變形局部化現象，再現應變軟化過程中力與變形的關係。由於該類方法中有的引入了一些難以準確確定的參數，理論與方法還有待於完善。而且，其中有些方法離工程套用還有一段距離。
基於經典彈塑性力學理論，該研究將應變軟化過程簡化為一系列的脆塑性過程，由此，應變軟化問題的求解就歸結為一系列脆塑性問題的求解。提出了應變軟化本構模型分析方法及其相應的有限元求解過程，編制了計算程式，並嘗試在工程中進行套用。從理論上講，該研究方法的核心是求解脆塑性問題；從數值計算結果來看，數值解雖然無法消除格線依賴性，但巨觀上得到的變形和塑性區與半解析解的結果是吻合的，與其他方法的解是基本一致的。
研究結論
基於經典彈塑性理論，該研究將峰值後區軟化行為分解為一系列的脆塑性過程，避免了直接面對應力-應變曲線負斜率段的困難，並由此提出了一種求解應變軟化問題的新方法。
對在均勻初始地應力場中開挖圓形洞室問題，數值解與半解析法得到的結果吻合。對處於高地應力區的URL試驗洞問題，模擬得到的洞周“V”形破壞（塑性）區與文獻中得到的結果及現場實際情況基本保持一致。與此同時，通過峰值後區強度參數的演化規律，給出了本構模型對應的應力-應變關係曲線，並由此可以分析確定的強度參數的合理性。在分析三維隧道開挖過程中的徑向變形沿洞軸方向分布規律時，分別採用彈性、理想彈塑性、應變軟化和脆塑性本構模型得到了LDP曲線，與現場測試數據擬合曲線相比，應變軟化模型（包括脆塑性模型）得到的結果更符合現場實測數據的分布規律。
由於在脆塑性求解過程中，應力跌落與塑性流動計算主要集中在塑性流動的疊代求解，因此，從理論上而言，解的穩定性與理想彈塑性問題相當。數值試驗表明，計算得到的結果（巨觀上的變形大小與塑性區範圍）基本上不依賴於格線。
