最新结构塑性极限分析法
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1、在结构设计中,为了确定结构的塑性极限载荷,可以采用弹塑性分析的方法,或采用塑性极限分析的方法弹塑性分析的方法,即随着荷载的不断增加,结构由弹性状态进入弹塑性状态,最后达到塑性极限状态。在这种分析方法中,需要了解整个加载过程,而且由于材料的物理关系是非线性的,只有对比较简单的问题才不难求解。如果不考虑结构的变形过程,而直接分析它的塑性极限状态,则使问题的分析大为简化,所得塑性极限荷载与按弹塑性分析方法所得结果是完全一样的,这就是塑性极限分析方法。结构弹塑性分析一般要跟踪加载和变形历史。如果忽略材料的塑性强化特性,并忽略物体由变形引起的几何尺寸变化,则当外载达到某一定值时,理想塑性体可在外载不变的
2、情况下发生塑性流动,即无限制的塑性变形。这时称物体或结构处于塑性极限状态,简称极限状态,所受的载荷称为物体或结构的极限能力或极限载荷,与之相应的速度场则称为塑性破损机构,或塑性流动机构。1、在极限状态下,应变率的弹性部分恒等于零,即塑性流动时的应变率是纯塑性的应变率2、塑性极限状态与加载路径和变形历史无关,对于给定的载荷分布而言,极限状态是唯一的。构塑性极限分析的目的是:求出极限载荷;确定极限状态下满足应力边界条件的应力分布规律;找出结构破损时的机构形式。(1)材料的应力应变模型是理想刚塑性的,即不考虑材料的弹性变形及强化效应。(2)在达到塑性极限状态的瞬间之前,结构的变形足够小,且不会失去稳
3、定性。(3)所有外载荷都按同一比例增加。(1)平衡条件,即满足平衡方程及静力边界条件。(2)极限条件,即结构达到塑性极限状态时的内力场不违背极限条件。(3)破坏机构条件,即在塑性极限状态下,结构丧失承载力时形成破坏机构的形式,它表征了结构破坏时的运动趋势(规律)。满足以上三个条件的解称为极限分析的完全解。塑性极限分析定理则给出了放松一个方面条件时所得解答的性质,并由此导出了极限分析的方法。下限定理表述为:任何一个静力容许的内力场所对应的载荷是极限载荷的下限,或者说,静力容许载荷系数是极限载荷系数的下限,即 s 其中, s为静力容许载荷系数;为塑性极限载荷系数。下限定理条件放松破坏机构条件,即结
4、构的内力(广义应力)场满足平衡条件,并不违背极限条件,这样的内力场称为静力容许的内力场。上限定理表述为:任何一个机动容许的位移(速度)场所对应的载荷(破坏载荷)是极限载荷的上限,或者说,机动容许载荷系数是极限载荷系数的上限,即 k 其中, k为机动容许载荷系数;为塑性极限载荷系数。上限定理条件放松极限条件,选择破坏机构,并使载荷在其位移速度场上所作总功为正,则该位移速度场称为机动容许的位移(速度)场,相应的载荷称为破坏载荷。由上、下限定理可知 k s当上式取等式时,由静力容许的应力场求得 s与由机动容许位移速度场求得 k相等,该载荷系数同时满足三个方面的条件,即为极限载荷系数的完全解l。(1)
5、建立静力容许的应力场,即取满足平衡条件且不违背屈服(极限)条件的应力(内力)场。例如在梁的极限分析时,应先确定弯矩图,并取某些弯矩的驻值为Mp,整个内力场中有Mx Mp。(2)由静力容许的应力(内力)场确定所对应的载荷,且为极限载荷的下限P(或 s)。(3)在若干个极限载荷的下限解中取其最大值 Pmax。检查在该载荷作用下结构能否成为破坏机构,即是否存在一个对应的机动容许的位移场。若能成为机构,则Pmax为极限载荷的完全解,即Pmax= P否则, Pmax为P的一个近似解,且为其下限。(1)选择一个破坏机构,该机构不仅是几何上允许的,而且应使外力所做总功为正,由此建立机动容许的位移(速度)场。
6、(2)由外功(率)与内功(率)相等的条件求得破坏载荷P(或 k)。(3)在若干个破坏载荷中取最小值Pmin。检查在该载荷作用下的内力场是否为静力所容许,即是否违背极限条件。若内力场是静力容许的,则Pmin为极限载荷的完全解,即Pmin= P;否则,Pmin为P的一个近似解,且为其上限。两端固定梁,截面的塑性极限弯矩为Mp。静力法首先确定其弯矩图,为此可由相应的两个静定梁(图a)的弯矩叠加而成。取静力容许内力场MA = MB = -M1 = -MpMC= Pl/4 - M1 = Mp得 Pl- = 8Mp/l机动法在A、B、C 处令其形成塑性铰(图c),其位移场使外力作正功,是机动容许的。外力功与内力功分别为We= PWi = Mp + 2Mp + Mp由We= Wi 以及 = 2/l 得Pl+ = 8Mp/l由于上限解与下限解相同,该结果即为极限载荷的完全解。
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