德鲁克公设
物理领域术语
德鲁克公设(Drucker postulate)是20世纪50年代初,德鲁克(D.C.Drucker)根据强化材料单向拉伸进入塑性变形状态后,在加载-卸载的应力循环过程中,附加外力恒做正功的性质及有关热力学的规律提出来的弹塑性材料强化假设。
背景介绍
在20世纪50年代,经典塑性理论有了很大发展,主要表现在以下三个方面:
(1)1951年,德鲁克(Drucker)提出的材料稳定性假设或德鲁克公设;
(2)1952年,德鲁克等提出的极限分析的基本定理;
(3)1960年,德鲁克提出的正交性条件的概念或关联流动法则等的建立与发展。
理想塑性体的极限分析理论能更直接地对结构或土体承载力进行评估。稳定材料的概念提供了一个统一的方法和塑性体的应力-应变荚系的广义观点。正交性条件的概念提供了塑性应力-应变关系的屈服准则或加载函数之间的必要关联。所有这些进展为金属塑性经典理论打下了严格的基础,也为后来关于土体和混凝土之类的其他工程材料的更复杂的塑性理论的显著发展打下了基础。
稳定性公设
对于几种单向拉伸应力-应变曲线,如图1所示。在图1(a)中,应力增量Δσ>0,应变增量Δε>0,材料是强化的。附加应力Δσ作正功,ΔσΔε>0,这类材料称为稳定材料;在图1(b)的非稳定区域中,应力增量Δσ<0,应变增量Δε>0;在图1(c)的非稳定区域中,应力增量Δσ>0,应变增量Δε<0,两者都有ΔσΔε<0,这类材料称为非稳定材料。
满足下面条件的材料定义为稳定材料:
(1)在施加附加力系的过程中,外力在所产生的位移变化上做正功;
(2)在附加力系施加和卸载的一个完全循环中,外力所作的净功和由此产生位移的变化为非负值。
设一个应力循环为:考虑一个材料单元体在t=t0时受均匀状态的应力 ,假设这个应力在屈服面上或面内(如图2)。从A点出发,一个外力沿着路径ABC增加应力,AB在屈服面内,当t=t1时,点B刚好在屈服面上,f(σij)=0(B点);这个应力继续向外移动,引起屈服面扩展;当t=t2时,应力为σij+dσij,到达加载面外f'上的C点;然后撤去外力,应力状态沿着弹性路径CDA回到 。
如果以σij表示应力循环(t1≤t≤t3)过程中任一时刻的瞬时应力状态,那么,(σij- )就是附加应力,德鲁克公设要求在这一应力循环中,附加应力所作的功为非负,即W≥0。因为弹性变形时全部可逆的,并与从A→B→C→D→A的路径无关,应力在这个闭合应力循环过程之后,弹性变形作的功为零。在加载循环过程之后只有塑性功作为外力所作的净功保留下来,考虑到路径BC是任意的,可以得到稳定循环条件的数学表达式为:
应用
德鲁克公设是在塑性加工力学研究中表征材料强化特性的重要假设,也是判断材料稳定的准则。根据该公设不仅可以导出材料加载曲面(包括屈服曲面)外凸的重要性质,而且可以建立塑性状态下的本构方程,即塑性变形的物性方程。
图3为根据德鲁克公设导出的简单拉伸应力-应变曲线的三种可能情况。
这表明在所有符合屈服条件的应力状态中,与该塑性应变增量服从增量理论关系的应力状态(dσ)所耗塑性功最大。可见德鲁克公设与最大塑性功原理是等价的。
参考资料
最新修订时间:2024-08-18 19:24
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