工程材料的本構演繹

工程材料的本構演繹

工程材料的本構演繹是由卓家壽所寫的有關工程材料本構分析的專著或教材。本教材演繹導出各類材料的本構方程,並界定其適用條件、給出了確定有關本構參數的方法。

基本信息

作者簡介

卓家壽,福建莆田人,1938年生,教授,博士生導師。1984年被評為首批國家級有突出貢獻中青年專家,1991年起享受國家特殊津貼。曾任國家教委科技委員會委員,教育部工程力學專業指導委員會委員。河海大學工程力學系主任兼所長,土木工程學院院長等職。在有關學術團體擔任過中國岩石力學與工程學會常務理事兼數模與物模專業委員會副主任、江蘇省岩土力學與工程學會理事長、中國力學學會計算力學專業委員會副主任,中國力學學會流固耦合專業委員會委員,南方(15省市)計算力學專業委員會主任、江蘇省力學學會常務理事兼計算力學專業委員會主任、江蘇省科協委員、《岩石力學與工程學報》副主編等。

生平

1960年畢業於華東水利學院並留校任教,歷任室主任、系主任和土木學院院長,現任教育部工程力學專業指導委員會委員、中國岩石力學與工程學會理事兼江蘇省分會副理事長、江蘇省力學學會常務理事和河海大學國家級力學教學基地負責人。任教40年來,先後講授有關力學課程10多門,指導碩士生23人、博士生22人和博士後研究人員4人。長期從事非線性問題和場耦合問題的研究。承擔重大和重點科研項目近60項,出版著作5本,發表論文90多篇,曾赴10多個國家和地區訪問和學術交流,先後獲國家、部省級科技進步獎9項,其中國家級特等獎和二等獎各1次。1984年獲國家級有突出貢獻中青年專家稱號。1993年、1999年分獲江蘇省優秀研究生指導教師和優秀學科梯隊帶頭人稱號。1991年享受政府特殊津貼。

內容簡介

書中內容概述

《工程材料的本構演繹》以連續介質體本構律為主線,系統論述了金屬類、混凝土一岩石類和土壤類等常見工程材料的力學行為,剖析了經典的或實用的本構模型,通過詳實的演繹導出各類材料的本構方程,並界定其適用條件、給出了確定有關本構參數的方法。《工程材料的本構演繹》參照教科書格式編寫,力求深入淺出,使其簡明扼要;重點突出概念,使其思路明晰;演繹追求嚴密,使其結論明確。此外,全書的撰寫始終保持廣角度敘事和開放性分析的風格,使書中內容富有說理性、啟迪性和可讀性。《工程材料的本構演繹》既可作為高等院校有關工科專業研究生和高年級本科生的教材,也可作為有關工程科技人員的自學參考書。

1.2.1彈性模型簡介

所謂彈性,是指物體的應力與應變之間具有單值函式關係,而且在撤除外來作用因素後,又能恢復原來形狀的物性。彈性體的應力只決定於變形前的初始狀態和變形後的現時狀態,而與載入變形的過程無關。閉合循環的加、卸載作用的彈性體雖然在過程中產生了變形,但最終物體還是回到原來的初始狀態,而且對周圍環境並不產生任何影響。因此,也可將彈性體材料視為無記憶的物質,與載入(變形)歷史(過程)無關。

彈性體又有線彈性體和非線性彈性體之分。線彈性體的本構關係為廣義胡克定律,反映了應力一應變的線性關係和變形可逆(彈性)的特性,而非彈性體雖然保留了變形可逆的特性,但其應力一應變關係卻呈現非線性的特徵,其幾何圖形為折曲狀,如折線型、雙曲線型和對數曲線型等。

1.2.2彈塑性模型簡介

彈塑性體是由彈性體和塑性體理想元件串聯組合而成的一種本構模型。當材料應力尚未達到屈服極限時,其變形呈彈性特徵,而當材料進入屈服狀態後,其變形呈現彈塑性特徵,總應變由彈性應變和塑性應變兩部分組成,前者套用彈性理論計算、後者採用塑性增量理論獲得。

彈塑性體的本構理論遠比彈性體複雜,它包含判斷從彈性狀態進入彈塑性狀態的識別準則——屈服準則、塑性應變發展的流動法則、加(卸)載條件、後繼屈服的強化理論以及不同狀態或條件下的本構方程等。

塑性應變是不可逆的變形,是卸載後留下的不可恢復的殘餘變形,它將導致現時應力與現時應變之問不存在單值對應關係,而與載入(變形)歷史(過程)有關。這也表明塑性物體是有記憶(變形歷史)特徵的。顯然,塑性物體的這些特性與彈性物體相比具有本質性的差別。

圖書目錄

前言

第1章 緒論

1.1 本構關係概述

1.1.1 本構關係的泛義

1.1.2 理想物質的本構方程

1.1.3 本構律在固體力學中的地位

1.2 巨觀物性的本構模型

1.2.1 彈性模型簡介

1.2.2 彈塑性模型簡介

1.2.3 粘彈塑性模型簡介

1.2.4 彈塑性斷裂與損傷模型簡介

1.3 本構公理簡介

1.4 本構建模的內涵

主要內容

第2章 應力狀態與平衡律

2.1 一點的應力與應力狀態

2.1.1 應力與應力狀態的定義

2.1.2 斜面上應力的求解

2.1.3 坐標轉換的應力分量公式

2.2 應力張量的主值、主方向和不變數

2.3 最大(小)正應力與切應力

2.3.1 最大(小)正應力

2.3.2 最大(小)切應力

2.3.3 純剪下狀態的定義與充要條件

2.4 球應力與偏應力偏應力張量的不變數

2.4.1 球應力與偏應力

2.4.2 偏應力張量的不變數

2.4.3 靜水壓力狀態和純剪下狀態

2.5 應力空間與應力狀態矢偏平面與靜水應力

2.6.2 Lode角與Lode參數

2.7 應力表示的圖解法——Mohr圓

2.8 靜力平衡律可能應力場

2.8.1 Lagrange描述的平衡律(小變形問題)

2.8.2 Euler描述的平衡律

2.8.3 平衡的普適性可能應力場

第3章 應變狀態與協調律

3.1 一點的位移

3.2 一點應變狀態的多種等價表述

3.2.1 一點應變狀態的應變張量表述

3.2.2 基於主應變或應變張量不變數的表述

3.2.3 基於應變球張量和偏張量的表述

3.2.4 一點應變狀態的圖解表示——應變MohI圓

3.4 幾何協調律可能位移場

3.4.1 協調律的內涵

3.4.2 可能位移場

3.5 應變率應變增量

第4章 金屬類材料的本構理論

4.1 金屬類材料的變形特性和本構解讀

4.1.1 若干基本試驗的成果

4.1.2 試驗成果的啟示與本構解讀

4.2 彈性問題的本構研究

4.2.1 簡述

4.2.2 線彈性材料的本構分析

4.2.3 非線性彈性材料的本構分析

4.3 彈塑性問題的本構研究

4.3.1 簡述

4.3.2 屈服準則應力空間中的屈服面

4.3.3 後繼屈服準則與強化規律

4.3.4 塑性應變分析的理論基礎

4.3.5 彈塑性體的本構關係

4.3.6 基於應變空間描述的彈塑性本構理論

4.4 粘彈塑性問題的本構研究

4.4.1 材料的黏性

4.4.2 粘彈性體的力學行為與本構建模

4.4.3 彈一粘塑性問題的本構建模

4.5 彈一粘塑性問題的有限單元法

4.6 關於損傷和斷裂行為的本構研究

4.6.1 損傷行為的本構研究

4.6.2 斷裂行為的本構研究

第5章 混凝土、岩石類材料的本構研究

5.1 混凝土岩石類材料的變形與受力特性

5.1.1 一維應力狀態下混凝土的變形特性與強度

5.1.2 雙軸受力狀態下混凝土的變形特性與強度

5.1.3 三軸受力狀態下混凝土的變形特性與強度

5.1.4 岩石變形的特性

5.1.5 對混凝土與岩石一類材料本構特性的若干認識

5.2 混凝土岩石類介質的破壞類型與準則

5.2.1 最大拉應力準則

5.2.2 Mohr—Coulomb準則

5.2.3 DrLlcker-Prager準則

5.2.4 Bresler和Pister三參數模型

5.2.5 Willam-Warnke-破壞模型(w-w模型)

5.2.6 Ottosen四參數模型

5.2.7 Hsieh-Ting-Chen四參數模型

5.2.8 Griffith斷裂破壞模型

5.3 混凝土作為非線性彈性介質的本構關係

5.3.1 一維應力狀態下的應力一應變關係

5.3.2 二維應力狀態下的應力一應變關係

5.3.3 三維應力狀態下的應力一應變關係

5.4 混凝土岩石類材料作為彈塑性介質的本構關係

5.4.1 彈塑性理論

5.4.2 增量形式本構框架

第6章 土的本構分析

6.1 概述

6.2 土的變形與力學特性

6.2.1 典型土的變形特性

6.2.2 土的總應變與沉降

6.2.3 土體與金屬受力特性的比較

6.3 土體本構分析的個性要點

6.4 土的非線性彈性本構模型

6.4.1 Duncan-Chang模型

6.4.2 計及球張量和偏張量交叉效應的非線性彈性模型

6.5 土的彈塑性本構分析

6.5.1 簡述

6.5.2 劍橋模型(彈塑性帽子模型)

6.5.3 修正的劍橋模型

6.5.4 基於修正劍橋模型的應力一應變關係

附錄

固體力學問題的張量表述

1 指標符號

1.1 若干約定啞標和自由標

2 笛卡兒張量

2.1 坐標變換

2.2 笛卡兒張量的定義並矢記號

3 張量代數商法則

3.1 張量代數

3.2 商法則

4 常用的特殊張量

5 二階張量

5.1 實對稱張量的主方向和主分量

5.2 Cayley-Hamilton定理

5.3 二階張量的極分解(乘法分解)

6張量場的若干常用公式

6.1 梯度

6.2 散度

6.3 旋度

6.4 Gauss公式Green公式

6.5 Stokes公式

7 物體的構形和坐標系

8 形變梯度(兩點張量)和位移梯度

8.1 形變梯度

8.2 位移梯度

9 質點的速度物質導數

參考文獻

……

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