资料阅读报告+ABAQUS实例

资料阅读报告一、塑性力学部分二、疲劳强度部分三、ABAQUS学习部分一、塑性力学部分1.塑性变形机理晶体的滑移：塑性变形的本质是在物体内部晶粒与晶粒之间产生的滑移及晶粒的转动。滑移指的是在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位移的过程，滑移面一般是面间距最大的密排面，滑移方向往往是原子的最密排方向。每个滑移面以及此面上的一个滑移方向组成一个滑移系，滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好。单晶中的塑性变形量由滑移应变决定，滑移应变是两个平行的滑动平面在单位距离处的相对位移。单晶的形状变化一般需要五个独立的滑动系统的作用，面心立方晶体结构金属在每个晶粒中具有12个潜在的滑移系，并且具有很高程度的延展性，然而对称性较低的密排六方金属在室温下因其有限的延展性而著名。多晶金属的延展性还需要滑动柔性。滑移的宏观表现是滑移带和滑移线：工业纯铁压缩变形-滑移线300℃拉伸锌单晶体临界分切应力：外力作用下，晶体中滑移是在一定滑移面上沿一定滑移方向进行的。因此，对滑移真正有贡献的是在滑移面上沿滑移方向上的分切应力，也只有当这个分切应力达到某一临界值后，滑移过程才能开始进行，这时的分切应力就称为临界分切应力。在此处键入公式。如图所示圆柱形单晶体在轴向拉伸载荷F作用下，在滑移方向上的分切应力为：当式中的分切应力达到临界值时，晶面间的滑移开始，这也与宏观上的屈服相对应，因此这时F/A应当等于屈服应力,即称为临界分切应力，是一个与材料本性以及试验温度、加载速度等相关的量，与加载方向等无关，称为取向因子或schmid因子，取向因子大则材料在较小的下即可达到分切应力，称为软取向，反之称为硬取向，处于软取向的滑移系首先发生滑移。ss滑移时晶体的转动实际变形中滑移总要受到限制，晶体不会自由无限制滑移下去，因此滑移的同时往往伴随着晶体的转动。（以下以拉伸时晶体的转动为例）1)滑移面上最大分切应力与滑移方向一致时:滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向(a)原始(b)自由变形(c)受夹头限制变形2)滑移面上最大分切应力与滑移方向不一致时:滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动2.真实应力应变曲线通常的工程应力（名义应力s）、工程应变（名义应变e）计算时都采用的是初始横截面积与初始长度，在实际的塑性变形过程中，试样的截面积与长度也在不断地发生着变化，特别是当变形较大时，工程应力、应变将与材料的真实应力、应变存在明显的差异，因此，在研究金属塑性变形规律时，为了得出真实的变形特性，应当按真实应力和真实应变来进行分析。1）真实应变考虑到变形过程中试样长度在变化，故每一瞬时的应变值应该由此时刻的实际长度决定，由此得出变形的真实应变为：01032210120()==lnln(1)lllllllldllelllll……(e为工程应变)2）真实应力设试件的实际横截面积为A，作用在试件上的拉伸载荷为P，考虑到金属塑性变形时的体积恒定性，以及在颈缩前试样以及在颈缩前试样标距内变形基本均匀的特点，可得则真实应力为00=AlAl常数（e为工程应变，s为工程应力）3）真应力-真应变曲线0000(1)APPPlseAAAAl简单拉伸的真实应力应变曲线从某点C卸载会使应力应变图沿CE，E点表示对应于C点的永久塑性应变的大小，重新加载应力应变曲线将沿EFG发展并形成狭窄的滞后回线。F是新的屈服极限，FG几乎上是BC的延续，根据Prandtl（1928）可以忽视滞后回线的宽度并假设卸载曲线是平行于OA的一条直线从而将应力应变曲线理想化，理想化的应力应变曲线如下图：理想化的应力应变曲线理想应力应变曲线中卸载后重新加载的比例极限跟重新加载过程的初始屈服点是一致的，该点相应的应力记为Y，在理想应力应变曲线上任何一点的可恢复弹性应变等于，任意应变增量跟一个弹性应应变增量和一个塑性应变增量（H为塑性模量，表示“真实应力——塑性应变”曲线的斜率），EdEdH由于总应变增量为（T为切线模量，表示应力应变曲线每点的斜率），可得如下关系当H=T=0时该材料被称为是非硬化的，一种预应变很大的材料满足这种条件每一个试件的轴向拉伸应变增量伴随着一个横向压缩应变增量，则收缩比定义为：在弹性应变范围，收缩比为常数，等于泊松比，一旦超过屈服点，收缩比成为应变的函数，对于各向同性材料，弹性横向应变增量为，塑性横向应变增量为其中表示纵向应变增量的塑性部分，总的横向应变由下式给出dT111TEH'd'dded/2pd/pdddE'2(12)/dddE则收缩比表示为：因此η取决于T的当前值，当在塑性范围内持续加载的时候，切线模量T开始从它的弹性值E开始减小，同时压缩比迅速从增加到完全的塑性值0.511(12)2TE4）真实应力、名义应力相对于工程应变的区别随着变形在塑性范围内持续进行，在简单拉伸情况下真实应力比名义应力增加得快，在简单压缩情况下真实应力增加得比名义应力慢另一方面，真实应变在简单拉伸情况下逐渐变得比工程应变更小，在简单压缩情况下变得比工程应变更大注：简单拉伸的真实应力应变曲线在颈缩点后由于颈缩部分变为三向拉应力状态，产生了形状硬化所以应采用修正系数。5）包辛格效应当将金属材料先拉伸到塑性变形阶段后卸载至零，再反向加载，即进行压缩变形时，材料的压缩屈服极限(σs)比原始态（即未经预先拉伸塑性变形而直接进行压缩）的屈服极限(σs)明显要低（指绝对值）。若先进行压缩使材料发生塑性变形，卸载至零后再拉伸时，材料的拉伸屈服极限同样是降低的。包辛格效应6）真实应力应变曲线的简化形式一般由实验得到的真应力—真应变曲线（等效应力—等效应变曲线）比较复杂，不能用简单的函数形式来描述，在应用方面也不方便。因此通常都将实验得到的曲线处理成可以用某种函数表达的形式：①幂指数硬化材料模型nC适合于大多数金属材料，C是与材料有关的常数，n是硬化指数，n越大材料的应变强化能力越强②刚塑性非线性硬化材料模型+nSk适合于预先经过冷加工的金属材料。材料在屈服前为刚性的，屈服后硬化曲线接近于抛物线④理想刚塑性材料模型S适合于热加工和超塑性的金属材料③理想弹塑性材料模型eSeE，，适合于应变不太大，强化程度较小的材料⑤弹塑性线性硬化材料模型适合于弹性变形不可忽略，且塑性变形的硬化率接近于不变的材料。例如合金钢、铝合金等⑥刚塑性线性硬化材料模型1+Sk适合于经过较大的冷变形量之后，并且其加工硬化率几乎不变的金属材料二、结构疲劳寿命分析部分1.疲劳定义：金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化，在一般情况下特指那些导致开裂或破坏的性能变化2.疲劳分类：（1）按应力循环水平分：高周疲劳（低应力水平）和低周疲劳（高应力水平）（2）根据外部载荷的不同分为：机械疲劳、蠕变疲劳、热机械疲劳、腐蚀疲劳、滑动接触和滚动接触疲劳、微动疲劳3.疲劳寿命（1）疲劳寿命是指结构或机械直至破坏所作用的循环载荷的次数或时间（2）从疲劳损伤发展过程看疲劳寿命的准则有二阶段疲劳寿命模型、三阶段疲劳寿命模型和多阶段疲劳寿命模型（3）从设计准则看有安全寿命、经济寿命、可靠性寿命、使用寿命、设计寿命、剩余寿命等。三、ABAQUS学习部分以下以一个电子产品金属端子件（铜片）例子来展示ABAQUS计算的基本流程：1.绘制草图：2.生成部件：2.定义材料属性：弹性段塑性段3.定义截面属性：4.把截面属性赋给部件：5.在装配环节生成实例：6.定义分析步：7.划分网格：8.定义场输出变量：9.加载环节：10.提交作业：10.结果查看：11.结果后处理：顶部节点的力——位移曲线