結構塑性力學 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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秦榮 著

圖書標籤:

• 結構力學
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• 材料力學
• 有限元
• 力學
• 工程力學
• 結構分析
• 數值計算
• 金屬塑性

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030500489

版次：1

商品編碼：12084684

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-11-01

用紙：膠版紙

頁數：300

內容簡介

　　《結構塑性力學》主要介紹結構塑性力學的新理論新方法，重點介紹作者的新成果。　　本書內容包括基本概念、彈塑性應變增量理論、塑性力學中的新理論新方法、大變形塑性力學、大變形塑性動力學、混凝土非綫性力學、彈塑性損傷力學、岩土塑性力學、智能結構塑性力學及其工程應用。本書內容豐富、新穎，富有創造性，對促進固體力學、結構力學、工程力學、計算力學、土木工程等領域的發展具有積*意義。　　本書可供固體力學、結構力學、工程力學、計算力學、土木工程等領域的科技人員及高等院校相關專業的師生參考。

目錄

第一章 基本概念1.1 材料力學特性1.1.1 屈服極限σs1.1.2 強化現象1.1.3 彈塑性變形1.1.4 後繼屈服極限1.1.5 強度極限σb1.1.6 σ-εp麯綫與σ-ε麯綫的關係1.2 應力狀態1.2.1 應力張量1.2.2 應力張量不變量1.2.3 應力偏量不變量1.2.4 應力空間1.2.5 八麵體正應力及剪應力1.3 應變狀態1.3.1 應變張量1.3.2 應變張量不變量1.3.3 應變偏張量不變量1.3.4 八麵體正應變及剪應變1.4 基本假設1.5 簡化模型1.5.1 理想塑性材料1.5.2 強化材料1.6 塑性力學基本方程1.7 張量記號1.8 傳統的經典塑性本構關係1.9 屈服條件1.9.1 初始屈服條件1.9.2 常用的幾種屈服條件1.9.3 加載條件1.1 0流動法則理論1.1 0.1 流動法則本構關係1.1 0.2 彈塑性矩陣(一)1.1 0.3 彈塑性矩陣(二)1.1 0.4 彈粘塑性模型1.1 0.5 本構關係參考文獻第二章 彈塑性應變理論2.1 彈塑性應變增量理論2.1.1 單嚮拉伸狀態2.1.2 簡單加載狀態2.1.3 復雜加載狀態2.1.4 應力一應變關係2.2 熱彈塑性應變增量理論2.2.1 材料性質與溫度無關的本構關係2.2.2 材料性質與溫度有關的本構關係2.3 彈粘塑性應變增量理論2.3.1 單嚮應力狀態2.3.2 復雜應力狀態2.3.3 應力.應變關係2.4 熱彈粘塑性應變增量理論2.4.1 材料性質與溫度無關2.4.2 材料性質與溫度有關2.4.3 統一的本構理論2.5 新的本構關係2.6 結語參考文獻第三章 彈塑性變分原理3.1 虛功原理3.1.1 全量虛功原理3.1.2 增量虛功原理3.2 彈塑性變分原理3.2.1 最小勢能原理3.2.2 最小餘能原理3.2.3 帶權參數變分原理3.2.4 本構關係3.3 彈塑性廣義變分原理3.3.1 第一種廣義變分原理3.3.2 第二種廣義變分原理3.3.3 等價定理3.4 大變形彈塑性變分原理3.4.1 基本方程3.4.2 有限變形彈塑性變分原理3.5 大變形彈塑性廣義變分原理3.5.1 有限變形彈塑性廣義變分原理3.5.2 帶權參數變分原理參考文獻……第四章 塑性力學中的新理論新方法第五章 彈塑性樣條有限點法第六章 彈塑性QR法第七章 結構大變形彈塑性力學第八章 結構大變形塑性動力學第九章 結構非綫性動力穩定性分析的新方法第十章 鋼筋混凝土結構非綫性分析的新方法第十一章 結構彈塑性損傷力學第十二章 岩土塑性力學中的新理論新方法第十三章 結構塑性動力極限分析的新方法第十四章 智能結構力學第十五章 高層建築結構彈塑性分析的新方法第十六章 大跨度橋梁結構非綫性分析的新方法

結構塑性力學 導論 結構塑性力學是研究材料在超過彈性極限後發生不可恢復變形（塑性變形）的力學分支。它與傳統的彈性力學截然不同，後者主要關注材料在應力作用下發生的彈性變形，即應力去除後變形會完全消失。塑性力學的重要性在於，許多工程結構在實際服役過程中，會經曆遠超彈性極限的應力狀態，例如在地震、爆炸、碰撞以及某些製造工藝（如金屬成形）中。理解和預測這種塑性變形行為對於確保結構的安全性、可靠性和性能至關重要。 本研究旨在係統闡述結構塑性力學的基本理論、核心概念、分析方法以及在工程實踐中的應用。我們將深入探討塑性變形的微觀機製，進而構建宏觀的本構模型，並介紹求解塑性力學問題的數值技術。 第一章 塑性變形的基本概念 1.1 彈性與塑性 彈性變形是指材料在應力作用下發生形變，當應力移除後，形變完全恢復的現象。彈性變形通常是可逆的，且應力與應變之間呈現綫性或非綫性但可逆的關係。 塑性變形是指材料在超過其屈服強度後發生的不可恢復形變。一旦材料進入塑性狀態，即使應力移除，形變也不會完全消失。塑性變形的發生通常伴隨著材料內部微觀結構的改變，如位錯的滑移、晶界的滑動等。 1.2 屈服準則 屈服是指材料從彈性狀態轉變為塑性狀態的臨界應力或應力狀態。屈服準則是描述材料屈服邊界的數學模型，它規定瞭在多軸應力狀態下，材料開始發生塑性變形的條件。 單軸屈服準則： 在單軸拉伸或壓縮試驗中，材料屈服對應的應力稱為屈服強度。 多軸屈服準則： 在多軸應力狀態下，屈服準則將不同主應力組閤與屈服點聯係起來。 Tresca 準則（最大剪應力準則）： 認為當最大剪應力達到某個臨界值時，材料發生屈服。數學錶達式為 $sigma_1 - sigma_3 = sigma_y$，其中 $sigma_1$ 和 $sigma_3$ 分彆是最大和最小主應力，$sigma_y$ 是單軸屈服強度。 Von Mises 準則（失配應力準則）： 認為當等效應力達到某個臨界值時，材料發生屈服。等效應力定義為 $sigma_v = sqrt{frac{1}{2}[(sigma_1-sigma_2)^2 + (sigma_2-sigma_3)^2 + (sigma_3-sigma_1)^2]}$。當 $sigma_v = sigma_y$ 時，材料屈服。Von Mises 準則在描述金屬材料的屈服行為方麵更為準確，應用也更廣泛。 1.3 流動法則 流動法則是描述材料在塑性變形過程中，應變率（或增量應變）與應力狀態之間關係的本構關係。它進一步區分瞭塑性應變和彈性應變。 關聯流動法則： 假設塑性應變率的增量方嚮由屈服麵（或塑性勢函數）的法綫方嚮決定。例如，對於 Von Mises 準則，關聯流動法則錶明塑性應變率的增量方嚮與偏應力張量的方嚮一緻。 非關聯流動法則： 塑性應變率的增量方嚮不一定由屈服麵法綫決定，而是由一個獨立的塑性勢函數決定。在某些情況下，非關聯流動法則能更準確地描述某些材料的行為，但計算也更復雜。 1.4 硬化現象 大多數材料在發生塑性變形時，其屈服強度會隨塑性應變的增加而提高，這種現象稱為材料的硬化。硬化機製使得材料在繼續變形時需要更大的應力。 等嚮硬化： 屈服麵的尺寸隨塑性變形的增大而增大，但屈服麵的形狀和朝嚮保持不變。 隨嚮硬化（Kinematic Hardening）： 屈服麵的中心隨塑性變形的增大而移動，屈服麵的形狀和尺寸保持不變。 混閤硬化： 結閤瞭等嚮硬化和隨嚮硬化的特點。 第二章 塑性力學的本構模型 本構模型是描述材料力學行為的數學方程。在塑性力學中，本構模型需要同時考慮彈性變形和塑性變形，並反映材料的屈服行為和硬化特性。 2.1 彈塑性本構模型 彈塑性本構模型通常采用增量形式，即描述應力增量與應變增量之間的關係。其基本思想是將總應變增量分解為彈性應變增量和塑性應變增量： $Delta oldsymbol{epsilon} = Delta oldsymbol{epsilon}_e + Delta oldsymbol{epsilon}_p$ 其中，$Delta oldsymbol{epsilon}$ 為總應變增量，$Delta oldsymbol{epsilon}_e$ 為彈性應變增量，$Delta oldsymbol{epsilon}_p$ 為塑性應變增量。 彈性部分： 遵循廣義鬍剋定律，$Delta oldsymbol{sigma} = mathbf{D}_e Delta oldsymbol{epsilon}_e$，其中 $mathbf{D}_e$ 是彈性剛度矩陣。 塑性部分： 由流動法則和硬化法則決定。 屈服條件判斷： 在計算應變增量時，首先需要判斷是否發生塑性變形。這通常通過檢查當前應力狀態是否滿足屈服準則，以及屈服麵是否在擴張（即硬化）。 塑性應變增量計算： 如果材料處於屈服狀態且發生塑性變形，則根據流動法則計算 $Delta oldsymbol{epsilon}_p$。 應力更新： 根據 $Delta oldsymbol{epsilon}_e = Delta oldsymbol{epsilon} - Delta oldsymbol{epsilon}_p$ 和彈性本構關係更新應力。 2.2 幾種典型的彈塑性本構模型 理想塑性模型： 假設材料屈服後不再硬化，屈服強度保持不變。這是最簡單的彈塑性模型。 隨動硬化模型（Isotropic Hardening Model）： 假設屈服麵的尺寸隨塑性應變的增加而均勻增大。 隨應力硬化模型（Kinematic Hardening Model）： 假設屈服麵的中心隨塑性變形而移動，屈服麵的形狀和尺寸不變。 混閤硬化模型： 結閤瞭隨動硬化和隨應力硬化的特點。 損傷力學模型： 在塑性變形的基礎上，考慮材料的損傷纍積，導緻材料強度和剛度下降，直至最終失效。 第三章 結構塑性分析方法 結構塑性分析的目標是預測結構在承受超齣其彈性極限的載荷下的響應，包括最終的承載能力、變形狀態以及可能的失效模式。 3.1 極限載荷分析 極限載荷是指結構在屈服後所能承受的最大載荷。在理想塑性材料模型下，結構的極限載荷對應於其形成一個連續的塑性屈服機製。 靜力學方法： 利用靜力學平衡條件和塑性屈服準則來求解極限載荷。 上界法： 假設一個可能的塑性變形速度場，根據功的原理（或虛功原理），求解齣該變形模式下所需的最小載荷，該載荷就是實際極限載荷的上界。 下界法： 假設一個滿足靜力學平衡和屈服準則（但不一定滿足塑性流動法則）的應力場，求解齣該應力場所能承受的最大載荷，該載荷就是實際極限載荷的下界。 切入點法： 尋找一個應力場，該應力場在結構內部的某一部分滿足屈服準則，並且在外部滿足邊界條件，通過分析應力分布來確定極限載荷。 動力學方法： 在某些快速加載（如衝擊、爆炸）的情況下，結構的動態響應會影響其承載能力。動力學分析需要考慮慣性效應和材料的動態響應特性。 3.2 彈塑性變形分析 彈塑性變形分析是更全麵的分析方法，它不僅僅關注極限載荷，還關注結構在不同載荷水平下的變形以及塑性區域的發展。 有限元法（FEM）： 是目前最常用的數值分析方法。 離散化： 將連續的結構離散為有限個單元。 單元分析： 在每個單元內建立形函數，將節點位移與單元內任意點的位移聯係起來。 本構模型集成： 將前麵介紹的彈塑性本構模型應用於每個單元，形成單元剛度矩陣。 整體方程組： 將所有單元的剛度矩陣和節點力組裝成整體方程組。 求解： 迭代求解非綫性方程組，得到在不同載荷步下的節點位移和單元內應力、應變。 關鍵技術： 荷載步法： 將總荷載逐步施加，計算每一步的響應。 修正牛頓-拉夫遜法： 常用於處理彈塑性問題的非綫性求解。 應力更新算法： 在每次迭代中，精確地更新單元內的應力，以滿足屈服準則和流動法則。 3.3 塑性分析的特殊考慮 大變形效應： 當結構發生顯著塑性變形時，幾何變化可能對力學行為産生顯著影響。此時需要采用大變形理論進行分析。 應變率效應： 對於高速加載或高溫環境，材料的屈服強度和硬化行為可能隨應變率的變化而變化，需要采用包含應變率效應的本構模型。 殘餘應力： 在某些製造工藝（如焊接、鍛造）後，結構內部會存在殘餘應力，這會影響結構的後續力學行為，包括其塑性響應。 疲勞與斷裂： 塑性變形的纍積可能導緻材料疲勞，並最終引發斷裂。塑性力學是理解和預測結構疲勞和斷裂行為的基礎。 第四章 結構塑性力學的工程應用 結構塑性力學的理論和方法在眾多工程領域發揮著至關重要的作用。 4.1 橋梁工程 抗震設計： 橋梁在地震作用下可能經曆嚴重的塑性變形，塑性力學分析有助於設計具有足夠延性和耗能能力的橋梁構件，以抵抗地震力。 超載分析： 橋梁在長期服役過程中可能承受超設計荷載，塑性分析可以評估橋梁在超載條件下的安全性。 疲勞分析： 車輛荷載的反復作用會引起橋梁構件的塑性應變纍積，導緻疲勞損傷，塑性力學是進行疲勞分析的基礎。 4.2 航空航天工程 起落架設計： 起落架在著陸時承受巨大的衝擊載荷，需要具備吸收能量的能力，塑性變形是吸收能量的重要機製。 結構碰撞分析： 飛機與鳥類碰撞、飛機跑道偏離等情況下的碰撞分析，需要考慮材料的塑性響應。 發動機部件： 發動機在高溫高壓環境下工作，許多部件會在高溫下錶現齣顯著的塑性行為。 4.3 汽車工程 碰撞安全設計： 汽車車身在碰撞時需要發生可控的塑性變形，以吸收碰撞能量，保護乘員安全。碰撞模擬是汽車安全設計的重要手段。 金屬成形： 汽車零部件的製造過程（如衝壓、鍛造）本質上就是利用材料的塑性變形來成形。 懸架係統： 懸架部件在復雜路況下承受反復載荷，塑性分析可以評估其疲勞壽命和耐久性。 4.4 能源工程 壓力容器設計： 石油化工、核電等領域的壓力容器在設計和服役過程中需要承受高壓，塑性分析是確保其安全性的重要手段。 管道係統： 管道在溫度變化、外部載荷作用下會産生應力，塑性分析有助於評估其長期可靠性。 風力渦輪機： 大型風力渦輪機的葉片和塔筒在復雜的風載作用下會發生塑性變形，塑性分析有助於優化設計。 4.5 機械工程 金屬加工： 切削、磨削、焊接等金屬加工過程都涉及材料的塑性變形，理解塑性力學有助於優化工藝參數，提高加工精度和效率。 結構件設計： 各種機械設備的結構件（如齒輪、軸、連接件）在服役過程中可能承受應力集中和塑性變形，塑性分析可以確保其在許用載荷下的安全。 結論 結構塑性力學是一門研究材料在超過彈性極限後行為的學科，它對於理解和預測工程結構在極端載荷條件下的響應至關重要。本研究係統闡述瞭塑性變形的基本概念、多軸屈服準則、流動法則以及硬化現象。在此基礎上，詳細介紹瞭彈塑性本構模型，包括其增量形式和幾種典型的模型。隨後，深入探討瞭結構塑性分析方法，重點介紹瞭極限載荷分析和彈塑性變形分析，並強調瞭有限元法在其中的核心作用。最後，通過列舉橋梁、航空航天、汽車、能源和機械等多個工程領域的實際應用，說明瞭結構塑性力學在保障工程結構安全、提高設計水平和優化製造工藝方麵的重要價值。對塑性力學的深入研究和應用，將不斷推動工程技術的進步，為人類社會的可持續發展提供堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計給我一種沉穩而專業的感覺，封麵上簡潔的綫條似乎暗示著結構受力時的變形軌跡。我希望這本書能夠帶領我走進一個更加宏大的力學世界，超越簡單的 Hooke 定律的範疇。我一直對材料在不同溫度、不同加載速率下的行為差異感到好奇，塑性力學是否能提供一個統一的理論框架來解釋這些現象？比如，在高溫環境下，材料的蠕變行為與常溫下的塑性變形有何本質區彆？在衝擊載荷下，材料的應變率敏感性如何影響其塑性響應？我希望這本書能夠詳細闡述這些高級的塑性理論，並輔以清晰的數學推導和圖示，讓我能夠深入理解這些復雜的物理過程。我更期望書中能探討一些前沿的塑性力學研究方嚮，比如納米材料的塑性行為，或者多孔材料的塑性損傷模型。如果能有一些關於實驗驗證和數據分析的內容，那就更完美瞭。

評分☆☆☆☆☆

我一直對建築和工程領域的材料力學很感興趣，特彆是那些關於結構如何在高應力下變形和失效的理論。當我看到《結構塑性力學》這本書時，我立刻被它的標題所吸引。我一直在尋找一本能夠深入探討材料屈服、塑性流動和斷裂機製的書，希望它能提供更全麵的分析框架，而不僅僅是簡單的彈性變形理論。我期待這本書能夠解釋在載荷超過材料的屈服強度後，結構內部是如何發生復雜的應力重分布和幾何非綫性的。比如，在地震或爆炸等極端載荷條件下，結構的延性設計原則是如何被應用的，以及如何通過塑性耗能來提高結構的韌性。此外，我對如何通過數值模擬來預測結構的塑性行為也充滿好奇，希望這本書能提供相關的模型和算法，幫助我理解有限元分析在塑性力學中的具體實現。我理想中的這本書，不僅要講解理論，還要給齣清晰的工程應用實例，讓我能夠將所學知識融會貫通，更好地理解和設計實際的工程結構。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我對於《結構塑性力學》這個書名，腦海中閃過的更多的是一些抽象的數學公式和復雜的理論推導，這讓我既感到期待又有些許畏懼。我希望這本書的作者能夠用一種相對易於理解的方式來講解塑性力學中最核心的概念，比如應力狀態、屈服準則，以及不同材料（如金屬、聚閤物、岩土材料）的塑性本構模型。我希望能理解這些模型是如何建立起來的，以及它們在實際工程問題中的應用局限性。比如，在橋梁設計中，如何考慮鋼材的塑性屈麯？在隧道開挖時，圍岩的塑性變形又需要如何評估？這本書如果能提供一些計算實例，讓我能夠親手操作，去感受塑性分析的魅力，那將是非常寶貴的學習體驗。我特彆希望書中能夠強調塑性分析對於結構安全評估的重要性，以及在設計過程中如何規避潛在的塑性失效風險。

評分☆☆☆☆☆

我是一名工程專業的學生，正在為我的畢業設計尋找一些關鍵的理論支持。我所設計的結構涉及到一些高強度閤金材料，在承受設計載荷時，部分區域可能會進入塑性狀態。因此，我非常需要一本能夠詳細講解塑性力學在工程應用方麵的書籍。《結構塑性力學》這個名字正好符閤我的需求。我希望這本書能夠提供一些關於塑性分析的實用方法和工具，比如如何運用不同的屈服準則（如 Von Mises, Tresca）來判斷材料是否屈服，以及如何計算屈服後的應力應變關係。我尤其關注書中關於大變形塑性理論和有限元分析在塑性問題求解中的應用。如果能有具體的工程算例，例如金屬成形、結構衝擊分析等，並附帶詳細的計算步驟和結果分析，那將對我非常有幫助。我期待這本書能夠幫助我更準確地預測結構的承載能力和變形趨勢，從而保證我的畢業設計的安全性和可靠性。

評分☆☆☆☆☆

我一直對材料的“記憶性”和“不可逆性”很著迷，這讓我覺得材料力學不僅僅是描述靜態的力與變形關係，更像是研究一種動態的、具有“曆史”的物理過程。塑性變形無疑是這種“曆史”的重要組成部分。我希望《結構塑性力學》這本書能夠深入剖析塑性變形的微觀機製，比如位錯的運動、晶格的滑移等，並將其與宏觀的塑性行為聯係起來。我希望能理解在不同應力路徑下，材料的塑性行為會發生怎樣的變化，以及是否存在應變硬化、應變軟化等現象。如果書中能介紹一些關於加載曆史對材料後續塑性行為影響的理論，例如循環加載下的疲勞破壞，或者應變路徑變化時的塑性流動，那將極大地拓展我的認知。我設想這本書能夠提供一些關於塑性本構理論的最新進展，讓我有機會接觸到這個領域的研究前沿。