彈塑性力學在工程中的應用

彈塑性力學在工程中的應用摘要：文章先簡單介紹了彈性力學相關(guān)內(nèi)容，隨后介紹了實際建設(shè)工程中彈性力學的有效應用，包括材料中的彈性力學以及結(jié)合彈性力學解析工程構(gòu)件內(nèi)力變形，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。關(guān)鍵詞：彈性力學；工程應用；彈性分析引言：彈性力學相關(guān)理論知識在實際工程建設(shè)中具有重要作用，應用范圍十分廣泛，同時也是工程建設(shè)中分析問題的核心手段，通過針對彈性力學相關(guān)內(nèi)容進行系統(tǒng)研究，方便在后期工程建設(shè)中發(fā)揮出應有的作用。一、彈性力學分析彈性和塑性屬于固體力學中的一種分支，彈性和塑性理論主要任務為，通常基于實驗室材料變形力學條件下，結(jié)合科學嚴謹數(shù)學方法針對不同形狀相關(guān)變形固體與外部荷載下形成的位移、應變和應力進行研究。彈塑性理論主要研究對象為彈性體，主要是基于給定溫度下，某種物體存在應變和應力單值關(guān)系，和時間元素之間沒有太大聯(lián)系。外力消失后，應變也會消失，相關(guān)物體能夠迅速恢復到原有狀態(tài)，此外物體內(nèi)部應力也將徹底消失。彈塑性理論廣泛應用于工程領(lǐng)域當中，搭配桿件變形、位移、形成內(nèi)力相關(guān)分析判斷結(jié)構(gòu)以及有限元軟件實施分析，準確判斷其安全性，和耐久性［1］?；谕饬τ绊懴拢矬w會出現(xiàn)變形和出現(xiàn)應力，主要是物體內(nèi)各個元素相對位置產(chǎn)生一定變化，在該種變化下，便會出現(xiàn)試圖恢復到初始狀態(tài)的附加作用力，能夠?qū)ξ矬w受力后各個部位內(nèi)力以及變形力學量應變或應力進行描述。此次主要以應力矢量以及某點應力狀態(tài)為例。比如把某個受并平衡力作用下的物體某一平面A劃分為兩部分，分別是A、B,具體如圖1所示：圖1應力分析假如移除B部分，B對A形成的作用便會被B對A部分某些作用力所取代，該種力在去除B之前，主要是物體內(nèi)部AB之間于C截面中的內(nèi)力，屬于分布力。如果在C面中提取P點小面積元素S,至于S中內(nèi)力矢量主要是F,內(nèi)力平均集度便是F/S，如果促進S不斷縮小，使其趨向于P點，于連續(xù)內(nèi)力分布下，F(xiàn)/S便會趨于極限。二、材料中的彈性力學（一）砂漿彈塑性在三軸圍壓下的損傷變形水泥砂漿屬于一種不含粗骨料的混凝土材料，其廣泛應用于工程建設(shè)當中，能夠影響工程建設(shè)質(zhì)量，為此人們對于水泥砂漿力學性能的重視程度也逐漸提升。砂漿材料屬于類巖石材料，通過三軸圍壓條件下的表現(xiàn)出來的力學行為能夠反映出該種材料的應用性質(zhì)。大量實驗工作證明，材料的應力狀態(tài)會對各種脆性材料自身力學性能產(chǎn)生直接影響。通常條件下，市場中的大部分脆性材料基于低圍壓或單軸加載條件下，會突出一種脆性特征。同時在材料所受圍壓持續(xù)擴大條件下，試件整體應用韌性以及材料強度也得到了有效提升。但是，結(jié)合當下研究現(xiàn)狀分析，很少有人研究關(guān)于三軸壓縮條件下的砂漿材料力學反應，所以相關(guān)研究成果也相對不足，通過分析模擬層面，主要是以唯象模型為基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)信息不足，材料內(nèi)相關(guān)結(jié)構(gòu)變化以及模型結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系性不足。所以結(jié)合微觀物理機制，創(chuàng)建模型，對三軸壓縮條件下，相關(guān)砂漿材料所反映出來的力學反應進行系統(tǒng)研究，對于工程建設(shè)發(fā)展也具有極為重要的作用。砂漿彈塑性變形損傷相關(guān)研究工作主要是以CAUCHY-BORN準則以及對泛函數(shù)作為基礎(chǔ)準則，從而將彈簧體積構(gòu)元以及束構(gòu)元抽象出來，集合構(gòu)元兩種力學反應，形成材料彈性損傷相關(guān)本構(gòu)關(guān)系。同時結(jié)合彈塑性變形中的滑移機制，呈現(xiàn)出滑移構(gòu)元，得出材料塑性本構(gòu)關(guān)系可以選擇引用分解變形機制，從而獲得三種構(gòu)元描述下的彈塑性損傷本構(gòu)聯(lián)系?；谙嚓P(guān)應變條件下，本構(gòu)關(guān)系在彈塑性損傷中的迭代流程。結(jié)合材料細觀變形，對材料在周圍增壓情況下出現(xiàn)承載力加大現(xiàn)象進行合理解釋，進而有效驗證彈塑性理論在非比例加載中的處理問題。比如在某一點應力問題中，進行分析時，無需引入體力和應力增量，因其和應力比較起來屬于一種小量。（二）鋼筋銹脹力計算在彈塑性基礎(chǔ)上，把鋼筋混凝土當成一種半脆性材料，將壁厚圓環(huán)內(nèi)部直徑為R以及外半徑為（R+r）作為目標研究對象，聯(lián)系厚壁簡原理，將材料看做為體積無法壓縮，在鋼筋銹蝕下，外部混凝土受到擠壓，通過彈性、彈塑性以及塑性三種階段。因為混凝土屬于非均質(zhì)性，因此于開裂前，容易出現(xiàn)塑性問題，而裂縫問題主要誕生于彈塑性環(huán)節(jié)當中，彈塑性階段內(nèi)，彈性區(qū)以及彈塑性區(qū)之間交互應力將會達到最高值［2］。三、結(jié)合彈塑性力學針對工程構(gòu)件內(nèi)力變形進行系統(tǒng)分析（一）鋼筋混凝土相關(guān)殼體結(jié)構(gòu)的彈性分析殼體結(jié)構(gòu)主要是曲面形板以及邊緣構(gòu)件所形成的空間結(jié)構(gòu)。殼體結(jié)構(gòu)的空間傳力性能相對較好，可以通過通過較低構(gòu)件厚度形成一種大剛度和高承載力的承重結(jié)構(gòu)，在對大跨度空間進行圍護以及覆蓋過程中無需中間支柱，兼具圍護結(jié)構(gòu)以及承重結(jié)構(gòu)雙重功能，能夠有效減少材料浪費，節(jié)約資源。殼體結(jié)構(gòu)可以成為不同形狀，充分滿足不同工程造型需求，所以受到了工程結(jié)構(gòu)建設(shè)中的廣泛歡迎，適用于工程結(jié)構(gòu)襯砌、中小跨度的屋面板以及較大跨度的建筑頂蓋。殼體結(jié)構(gòu)理論相關(guān)假定：第一，薄膜理論大都應用到殼體結(jié)構(gòu)當中，結(jié)合彎曲效應相關(guān)理論，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)不連續(xù)部分以及荷載不連續(xù)局部區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的不連續(xù)應力進行準確分析。殼體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方程主要包括幾何方程、物理方程以及平衡方程，其中幾何方程主要是借助正交曲線坐標，聯(lián)系理論基礎(chǔ)假設(shè)，通過正交曲線坐標下彈性體相關(guān)集合方程，能夠有效推導薄殼幾何方程，共有三個方程。物理方程主要是聯(lián)系殼體理論第三種基礎(chǔ)假設(shè)，不涉及Z軸中應力對變形影響，把內(nèi)力通過中面形變量以及積分推導后便能夠獲得薄殼關(guān)于內(nèi)力的物理方程表達式，結(jié)合相應的表達式，能夠了解到薄殼體內(nèi)，薄膜力所引發(fā)的應力主要是順著殼厚均勻分散，扭矩和彎矩所形成的彎矩應力主要是順著厚度實施直線分布。平衡方程中，基于曲線坐標系內(nèi)，結(jié)合殼微元進行考慮，同時把外荷載進行折算轉(zhuǎn)化為單位中面面積荷載。（二）簡支梁中的自由桿彈塑性撞擊柔性結(jié)構(gòu)相關(guān)彈塑性撞擊普遍出現(xiàn)于各個工程領(lǐng)域當中，而相關(guān)問題研究在工程領(lǐng)域內(nèi)屬于一種長期就重要性任務。結(jié)合彈塑性理論，分析自由桿件的彈塑性撞擊，在多次撞擊分離中，應用單軸壓結(jié)模型進行分析，推導接觸區(qū)內(nèi)彈塑性接觸行為，進而得出彈塑性梁以及彈性桿件動力學方程，采取有限差分法實施解析，對彈性自由桿和彈塑性簡支梁撞擊過程中的動力學方程進行合理推導，隨后結(jié)合有限差分法實施解析，對彈性自由桿和彈塑性簡支梁撞擊過程進行研究，最終發(fā)現(xiàn)撞擊整個過程屬于一種多次復雜的彈塑性過程，存在超出兩個的明顯撞區(qū)，各個撞區(qū)內(nèi)撞擊沖量具有重要影響能夠影響撞擊系數(shù)。撞擊過程中所形成的縱向應力波于彈性桿件內(nèi)能夠進行反射與傳播，對多次彈塑性撞擊產(chǎn)生直接影響。結(jié)語：綜上所述，在實際工程建設(shè)中，存在多種領(lǐng)域環(huán)節(jié)涉及到彈性力學，利用彈性力學相關(guān)理論能夠?qū)こ讨械母鞣N問題進行有效分析，并提出有效的解決方案，保障工程建設(shè)