ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 06.04.2021

Просмотров: 653

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

2.5. Плоская задача теории идеальной пластичности

71

Используя соотношения вдоль характеристик, можно получить ряд полез-

ных свойств характеристических линий, которые используются при построении
полей напряжений. Приведем некоторые из них.

Свойство 1

. Вдоль линии скольжения давление

p

изменяется пропорцио-

нально углу между касательной к линии скольжения и осью

x

1

.

Свойство 2

. (Первая теорема Генки) Если переходить от одной линии сколь-

жения

η

к другой вдоль любой линии скольжения семейства

ξ

, то угол

ϕ

и

давление

p

будут изменяться на одну и ту же величину.

Свойство 3

. Если известно значение

p

в какой либо точке заданной сетки

линий скольжения, то оно может быть вычислено в любой точке.

Свойство 4

. Если некоторый отрезок линии скольжения — прямой, то вдоль

него постоянны величины

p

и

ψ

, и компоненты напряжений

σ

11

, σ

22

, σ

12

. и, сле-

довательно,

если в некоторой области прямолинейны оба семейства линий скольже-

ния, то в этой области напряжения распределены равномерно (не зависят
от координат)

.

Свойство 5

. Если некоторый отрезок линии скольжения семейства

ξ

(или

η

) — прямой, то все соответствующие отрезки линий

ξ

(или

η

) — прямые.

Свойство 6

. Прямые отрезки, отсекаемые линиями скольжения другого се-

мейства, имеют одинаковую длину.

Итак, пусть в качестве координатных параметров характеристических линий

выбраны параметры

p

2

k

+

ψ

=

ξ,

p

2

k

ψ

=

η.

Поскольку угол наклона

ψ

характеристик к линиям главных напряжений

отличается от угла

ϕ

на постоянную величину

π/

4

, то в соотношения на ха-

рактеристиках угол

ψ

можно заменить на угол

ϕ

.

Дифференциальные уравнения характеристик в плоскости

x

1

, x

2

имеют вид:

dx

2

dx

1

=

tg

ϕ

на линии

ξ,

dx

2

dx

1

=

-ctg

ϕ

на линии

η

Следовательно,

∂x

2

∂ξ

tg

ϕ

∂x

1

∂ξ

= 0

,

∂x

2

∂η

+

ctg

ϕ

∂x

1

∂η

= 0

(2.26)

Ведем новые переменные

x

1

=

x

1

cos

ϕ

x

2

sin

ϕ,

x

2

=

x

1

sin

ϕ

+

x

2

cos

ϕ


background image

72

Глава 2. Пластичность

В этих переменных дифференциальные уравнения (2.26) запишутся в виде

∂x

2

∂ξ

+

1
2

x

1

= 0

,

∂x

1

∂η

1
2

x

2

= 0

(2.27)

Исключая из этих уравнений

x

1

или

x

2

, получим, что величины

x

1

и

x

2

удо-

влетворяют телеграфному уравнению:

2

f

∂ξ∂η

+

1
4

f

= 0

.

(2.28)

Как было отмечено выше дифференциальная система уравнений для опре-

деления поля скоростей имеет те же самые семейства характеристик, что и для
поля напряжений. Соотношения на характеристиках для компонент вектора
скорости имеют вид:

∂v

ξ

∂ξ

v

∂ψ

∂ξ

= 0

на

ξ

— характеристике

∂v

η

∂η

v

∂ψ

∂η

= 0

на

η

— характеристике

Для ортогональной сетки характеристик выполняются равенства

v

=

v

η

,

v

=

v

ξ

.

Поэтому соотношения на характеристиках для компонент вектора скорости

принимают вид:

∂v

ξ

∂ξ

1
2

v

η

= 0

,

∂v

η

∂η

+

1
2

v

ξ

= 0

Исключая из этих уравнений

v

ξ

или

v

η

, получим телеграфное уравнение:

2

f

∂ξ∂η

+

1
4

f

= 0

2.5.5

Численное решение задачи Коши для поля напряжений.

Пусть на участке дуги

AB

границе области, занятой телом и находящемся в

условиях плоской деформации, заданы усилия (рис. 2.7).

В формулах

σ

11

=

p

+

τ

(

p

) cos 2

ψ,

σ

22

=

p

τ

(

p

) cos 2

ψ,

σ

12

=

τ

(

p

) sin 2

ψ

положим

ψ

=

ϕ

+

π/

4

.


background image

2.5. Плоская задача теории идеальной пластичности

73

В результате получим

σ

11

=

p

τ

sin 2

ϕ,

σ

22

=

p

+

τ

sin 2

ϕ,

σ

12

=

τ

cos 2

ϕ

x

1

x

2

A

B

C

M

Q

T

1

T

2

m

a

b

q

c

x

h

Рис. 2.7:

Поскольку на дуге

AB

контура в каждой точке выполнены условия

σ

αβ

=

T

α

,

а

σ

αβ

выражаются через две величины

p

и

ϕ

, то каждой точке контура

M

мож-

но сопоставить точку

m

в плоскости характеристик

ξ, η

, а отрезку кривой

AB

в

плоскости

x

1

, x

2

будет соответствовать отрезок

ab

в плоскости характеристик.

Для каждой точки

m

кривой

ab

в плоскости характеристик можно вычислить

величины

x

1

, x

2

. Затем в плоскости характеристик интегрируется линейная си-

стема уравнений относительно величин

x

1

, x

2

. Решение определяется в харак-

теристическом треугольнике

abc

.

(

x

2

)

m,n

= (

x

2

)

m

1

,n

1
2

(

x

1

)

m

1

,n

4

ξ,

(

x

1

)

m,n

= (

x

1

)

m,n

1

+

1
2

(

x

2

)

m,n

1

4

η

Таким образом для каждого узла в плоскости

ξ, η

вычисляются величины

x

1

, x

2

. А, следовательно, координаты соответствующих точек в плоскости

x

1

, x

2

.

Тем самым мы определяем криволинейные характеристики в плоскости

x

1

, x

2

.

По координатам

ξ, η

вычисляются величины

p

и

ϕ

, а, следовательно, компонен-

ты тензора напряжений

σ

αβ

в каждой точке

Q

.


background image

74

Глава 2. Пластичность

2.5.6

Простые решения. Задача Прандтля.

Пусть на участок прямолинейной границы действуют

р

авномерно распреде-

ленные нормальные усилия

σ

и касательные усилия

τ

. Нормаль

n

к границе

образует угол

α

с осью

x

1

. Поскольку

σ

n

=

p

k

sin 2(

ϕ

α

)

,

τ

n

=

k

cos 2(

ϕ

α

)

,

(2.29)

то

p

и

ϕ

— постоянные величины. Отсюда следует, что и величины

ξ

и

η

так же

постоянные. Отрезок

AB

отображается на плоскости

ξ, η

в одну точку

(

ξ

0

, η

0

)

.

Угол наклона характеристик

ϕ

постоянен, поэтому пластическое поле пред-

ставляет собой треугольник; внутри этого треугольника величина

p

постоянна

и имеет то же значение, что и на границе.

2.5.7

Задача Прандтля о вдавливании гладкого штампа в полупро-
странство.

Решение Прандтля

I

I

III

V

V

2

q

A

B

C

D

A

1

I

III

I

x

h

Рис. 2.8:

Пусть в прямолинейную границу полупространства вдавливается гладкий

штамп. Под штампом возникает распределенное давление

q

. Треугольная об-

ласть под штампом соответствует точке в плоскости характеристик. В этой
области возникает постоянное напряженное состояние. При этом

σ

22

=

q

. Ха-

рактеристики подходят к поверхности по углом

π/

4

. Пусть

ξ

- характеристика

— линия, проведенная из точки по штампом под углом

π/

4

.

Тогда

σ

22

=

q

=

p

k.

Следовательно,

p

=

k

q


background image

2.5. Плоская задача теории идеальной пластичности

75

в области I.

Пристроем к области I центрированное поле характеристик (область II), со-

единяющее область I с областью III. Характеристика семейства

ξ

выходит из

области I под углом

π/

4

, превращается в дугу окружности, ортогональной к

прямолинейным характеристикам семейства

η

и продолжается в области III как

отрезок прямой, пересекающей границу под углом

π/

4

. В области III

σ

22

= 0

,

и, следовательно,

0 =

p

+

k

, или

p

=

k.

Но вдоль

ξ

- характеристики величина

η

постоянна

k

q

2

k

+

π

4

=

k

2

k

π

4

.

Из последнего равенства следует выражение для предельной нагрузки:

q

= (2 +

π

)

k.

Поле скоростей в решении Прандтля следующее. Центральный треугольник

движется вниз как жесткое целое. На линии

AB

тангенциальная составляю-

щая скорости претерпевает разрыв, но нормальная к

AB

составляющая, равная

V /

2

, сохраняется неизменной вдоль каждой из дуг окружностей, представля-

ющих собой

ξ

- характеристики в области

II

. В результате весь треугольник

ACD

движется как жесткое целое в направлении, указанном стрелкой, скользя

по границе жесткой зоны

CD

.

Конфигурация пластических зон и кинематика течения в задачах жестко-

пластического анализа единственным образом не определяются. На рис. 2.9
приведена схема течения, предложенная Хиллом.

V

2

q

B

C

D

A

1

A

E

Решение Хилла

Рис. 2.9: