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应力导致的相变已有较长的研究历史,但连续介质模型主要限于热弹性材料、非线性材料和超弹性材料。一些在弹塑性材料中发生的相变也多作为非线性弹性相变进行处理。而本文的工作则着重致力于应用相变理论对平面应变下的弹塑性材料的折曲进行研究。
Ericksen曾经对非线性弹性杆的相变进行了研究,并将Maxwell应力成功地应用到应力导致的相变理论中。Zhang等则对弹塑性杆中的相变分别进行了小变形和大变形分析,并证明,对任一条假设的应变软化曲线,Maxwell应力直线和应变软化曲线所围面积的代数和总是等丁零,这和Ericksen对非线性弹性杆相变研究得到的结论相一致。数值算例表明,当塑性切线模量与弹性模量之比较小时,跨越相变界面的应变跳越较大,这时用小变形分析误差较大,应该进行大变形相变分析。
借助于应力导致的相变理论,本文详细分析了在不同的载荷比例系数下的平面应变下弹塑性材料的折曲,并推导出了一般情况下的控制方程。将非线性弹性材料的应变能函数进行扩展,得到弹塑性材料的应力功函数,借助于应力功函数,分析各向同性弹塑性材料在双向加载时产生的平面应变折曲。问题归结为寻求载荷的最小值,使在该值下控制方程具有唯一的、物理上可以接受的实数解。借助于同伦解法,控制方程被数值求解,证明了符合要求的解的确存在。发生折曲时,相变的Maxwell应力与Green应变,以及折曲带方向角、折曲角均可求出,并给出了它们在两组不同的应力应变软化系数下随载荷比例系数的变化曲线。结果表明,相变的Maxwell应力受应力应变软化系数的影响比较小,而折曲带方向角受应力应变软化系数的影响则在载荷比例系数大于零时比小于零时显著。不论是Maxwell应力-载荷比例系数曲线还是折曲带方向角-载荷比例系数曲线,它们都是单调的。折曲角-载荷比例系数曲线,受应力应变软化系数的影响较大,且在载荷比例系数等于-1附近存在一个极值点。与前人的计算结果十分吻合,证明了本文思路的正确性以及程序的正确性。当采用错误的Maxwell关系时,程序能正确识别此错误。