车辆地面力学弹塑性本构关系

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1、维普资讯http://www.cqvip.comr一／，＼7＼八1999年吉林工业大学自然科学学报V0l_29总第94期车辆地面力学弹塑性本构关系．71cZ)l-，幽旗U／l一_J吉：j林长春．，。。：摘要：首次对车辆地面力学中常用的等向强化屈服准则进行了总结，建立了便于数值分析的弹塑性本构模型的统一表述，推导了适合数值分析的车辆地面力学中常用等向强化屈服准则相对应的屈服函数、等效屈服应力及参数，为用数值模拟方法研究车辆行走机构与地面相互作用奠定了基础。关键调!主堑丝亘垄；里望丝查盐羞墨；等向强化屈服准则中图分类号：U641．51文献标识码

2、：A断值接拟数值模拟方法被愈来愈广泛地应用于车辆地面力学中·～。但要想有效地利用数值模拟方法获得可靠的预测结果，必须先建立一个比较切合实际的车辆地面的本构模型。与金属的本构关系研究相比，土的本构关系的研究远未成熟，而适于车辆行驶的地面的本构关系的研究更少。本文首次对车辆地面力学的弹塑性本构关系进行了研究和总结，所得结果为使用数值模拟方法研究车辆行走机构与地面相互作用奠定了基础。1弹塑性本构模型一般公式弹塑性本构模型一般公式可以写成下列增量形式．d{d}=【]d{e}dD}}dDi[D】=[D】A+tn}[D】{ai式中[D】为弹塑性矩阵；{

3、n}为流动向量n}=sf／o{}，f为屈服函数，由屈服准则确定；ldD{=【D]Ini；A为强化系数。收稿日期：1998-04．23基金项目国家自然科学基金资助项目(5923509~)；教育都博士点基盘资助项目(9518506)怍者简卉：辛杰(1964．)，男．河北乐亭凡．吉林工业大学副教授．博士维普资讯http://www.cqvip.com2车辆地面力学常用的等向强化屈服准则一般情况下，由于等向强化模型与实际情况较吻合．且由于等向强化模型便于数学处理，因此，在实际工程问题分析中，大多采用等向强化弹塑性本构关系。到目前为止，车辆地面力学中

4、，常用的等向强化屈服准则有如下8种【I2。2．1Tr~ea准则Tre~a准则认为当最大剪应力达到某一值时，材料开始屈服。若主应力为-、z与3．且口l≥2≥3，则Tresca准则可表示为l一3=K()(2)式中K()为材料参数，其值可由实验确定。2．2Mises准则Mises准则认为应力偏量第二不变量J：(或等效应力)达到某一值时，材料开始屈服。Mises准则以应力偏量第二不变量J2形式可表示为／J2=K()(3a)Mises准则以等效应力的形式可表示为口：／3J2=√3K()(3b)2．3Mohr-Coulomb准则Mohr-Coulora

5、b准则是摩擦破坏规律的推广，该规律由下式定义f：C—dtango(4)式中r为剪应力；为正应力(拉伸时为正)：C为粘聚力；为内摩擦角。若主应力为dl、口2、，且口I≥2≥，经过推导整理可得Mohr-Coulomb准则为l一3=2Ccos一(I+a3)sin9(5)Mohr-Coulomb准则在主应力空间中是一个六棱锥，它在平面(l+2=0的平面)内是一个不规则的六边形，称为Mohr—Co~omb六边形。当=0，Mohr-Coulomb准则退化为Tresca准则形式，因此，尽管Tresca准则是针对金属材料提出的，但它用于车辆地面力学也有一定

6、的意义。2．4Drucker-Prager准则Mohr-Coulomb准则在Ⅱ平面内的截面是一个不规则的六边形，在实际应用中角点带来导数难以确定的问题。Drucker．Prager准则对Mohr．Coulomb准则给予近似，并以此来修正Mises准则，其表达式为口jl+／J2=K(5)式中，l为应力第一不变萤；J2为应力偏量第二不变萤；、K为试验参数，与材料性质及模型选择有关，可以由粘聚力c和内摩擦角确定。Drucker'Prager准则在主应力空间中是一个圆锥，它在平面内的截面称为Dmcker-Prager圆。当Drucker．Prage

7、r圆通过Mohr-Coulomb六边形外顶点时有一2一维普资讯http://www.cqvip.com=生一K：一(7)√3(3一sin)√3(3一sin)当Drucker—Prager圆通过Mohr—Coulomb六边形内顶点时有口=一K：!L(8)√3(3+sin~0)√3(3+sin)Drucker—Prager准则考虑了围压(即静水压力)对屈服特性的影响，并且能反映剪切引起膨胀(扩容)的性质，因此在模拟岩石、混凝土、土、地面等材料的弹塑性性质时，这种模型得到广泛应用。但在应用时应注意两点。(1)Drucker—Prager准则甩光滑

8、的圆锥代替MohrCoulomb准则的棱锥，克服了角点问题，但究竟用哪一个圆锥代替Mohr-Coulomb棱锥．至今仍是一个有争议的I可题。(2)Drucke~Prager准则已