cailiao de lixue bengou guanxi
材料的力学本构关系
mechanical constitutive relations of materials
表征材料力学性质的数学关系。为了确定物体在外力作用下的响应,必须知道构成物体的材料所适用的本构关系。本构关系的表达式称为本构方程。材料的力学本构关系一般是在实验和经验的基础上建立的,并通过实践检验它们的适用性。另一方面,又发展了各本构关系都须遵循的基本原理,作为分析和判断的依据,以保证本构关系理论的正确性。
分类 在本构关系中,材料的力学性质是用应力-应变-时间关系来描述的。相应地,材料的力学本构关系分为与时间无关的和与时间有关的两类。前者又可分为弹性(包括线性、非线性)和塑性(包括理想塑性、应变硬化、应变软化)两种,其中塑性本构关系常用增量的形式给出;后者又可分为无屈服的──粘弹性(包括线性、非线性)和有屈服的──粘塑性两种。
以上这些本构关系还可以进一步组合,如组合成弹塑性本构关系、粘弹塑性本构关系等。
应用 材料的本构方程与力学中普遍适用的基本方程(如平衡方程或运动方程)一起组成完备的方程组,可以在一定的初始条件和边界条件下求解,得出需求的未知量。材料本构关系定义材料的理想力学模型,如线性弹性本构关系定义线性弹性体,弹塑性本构关系定义弹塑性体。这些理想力学模型是不同力学分支(如弹性力学、塑性力学)的研究对象。事实上,力学的一些分支就是以材料本构关系区分的。
在水利工程中,常用的材料,如混凝土、岩石和土等,都有其相应的本构关系,可用于工程结构和地基的力学分析。其中用得较多的是线性弹性本构关系。它的数学表达式简单,应用方便,又能反映这些材料的主要力学性质。为了有更好的近似,可采用非线性弹性或弹塑性本构关系。这些本构关系比较复杂,是力学中的重要研究课题。此外,描述混凝土材料的蠕变、松弛等性质也有专门的本构关系。
参考书目
杜庆华、郑百哲编著:《应用连续介质力学》,清华大学出版社,北京,1986。
冯元桢著,李松年、马和中译:《连续介质力学导论》,科学出版社,北京,1984。(Y.C.Fung, A First Course in Continuum echanics, 2nd ed., Prentice-Hall,Englewood Cliffs, N.J., 1977.
李咏偕
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