黏塑性理論，研究固體材料黏性的塑性理論。
基本介紹
- 中文名：黏塑性理論
- 所屬學科：物理學
解釋,歷史,
解釋
材料的力學性質和它所處的狀態有關。處於不同物理環境中的材料會顯示出不同的特點，需要用不同的模型來描述。固體材料在高應變率或高溫度條件下，會同時出現彈性、塑性和黏性性質，需要用彈–黏塑性力學模型來描述這種現象。固體黏性是指與時間有關的變形性質。
幾乎所有的固體材料都具有黏性。金屬、土壤、混凝土的黏性效應都很明顯。考慮黏性效應才能解釋變形速度變化對塑性變形的影響。有些情況下，黏性對材料力學性能的影響小到可忽略，但某些聚合物、岩土材料及處於高速變形狀態下的金屬材料則具有明顯的黏性，對於這些材料的變形情況，黏性的影響必須予以考慮。
動力實驗表明：許多金屬材料在快速載入條件下，屈服極限有明顯的提高，瞬時應力隨應變率的提高而提高，但隨溫度的升高而降低。同時考慮材料的塑性和黏性，對於描述應力波的傳播和在短時強載荷作用下結構的動力特性是非常必要的。這些問題中考慮材料的黏性效應能使計算結果和實驗數據比較接近。具有塑性和黏性的物體稱為黏塑性體。黏塑性理論的本構關係中要考慮應變率效應。最早研究黏塑性體並給出單向應力狀態下黏塑性體力學模型的是美國的E.C.賓厄姆。這種模型是理想剛塑性體和牛頓流體的組合，賓厄姆體不同於流體的是它具有不可恢復的塑性變形，所以它仍屬於固體材料。對於黏塑性材料，屈服條件不僅同應力、塑性應變有關，還與反映材料黏性的參數有關。
歷史
美國的L.E.馬爾文曾給出了考慮應變率效應的本構關係。他假設實際應力與靜力應力–應變曲線上的應力之差，即過應力與塑性應變率成正比，該應力差引起按黏性規律變化的應變率效應，而這一效應的函式形式由實驗確定。在馬爾文提出的物理關係中，他將應變分為彈性的和非彈性的。非彈性應變中，包含了塑性應變和黏性應變。但馬爾文只提出了描述黏塑性材料在簡單拉伸時應力和應變關係。
波蘭力學家P.佩日納根據金屬材料的動力實驗結果，在考慮應變率對材料屈服條件影響的基礎上，給出了能反映黏塑性材料動力特性的三維本構方程。他認為本構關係中的參數和常數都可由簡單的一維動力試驗確定。他還給出了幾種能反映實驗結果的黏塑性函式的數學表達式。這一表達式具有過應力模型和塑性勢理論的性質，同時考慮了材料的強化效應與應變率效應。但它沒有反映應變率歷史效應。黏塑性本構方程式也可用來描述土壤的特性。土壤的屈服條件和體積變化有關，在屈服條件中應包括有關體積變化的參數。若將某些材料係數作為與溫度變化有關的量，則這一本構方程能同時考慮應變率效應和溫度效應的影響。分析黏塑性理論中的準靜力學問題和研究塑性力學中的問題相似，採用線性化的屈服函式和剛黏塑性，可得到梁、圓版、球體等簡單問題的解析解。
對於簡支圓板，其黏塑性問題的分析結果與實驗數據很接近。但對於幾何形狀、支撐條件和載荷情況比較複雜的結構，只能用數值計算方法尋求近似解。基於位錯動力學的博德–伯頓理論也較好地反映了固體材料的黏塑性性質，該理論的特點是不需要引進屈服函式和載入及卸載準則，特別是在數值計算動力學問題時，較大地節省計算時間，所獲得的計算結果與實驗數據符合較好。
