[发明专利]一种各向同性材料拉压不对称失效准则的建立方法

权利要求书

1.一种各向同性材料拉压不对称失效准则的建立方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤(1.1)、对各向同性材料进行单轴拉伸、单轴压缩和纯剪切力学性能试验：获得材料的单轴拉伸强度、单轴压缩强度和纯剪切强度；

步骤(1.2)、基于应力不变量理论，根据压缩应力状态对材料失效的抑制作用，采用第一主应力平方根的形式和第二偏主应力的形式，建立压缩应力状态下各向同性材料的失效准则；

步骤(1.3)、基于能量法理论，根据体变能和畸变能对材料失效的作用，当体变能和畸变能的总和达到一定数值时认为材料发生破坏，建立拉伸应力状态下各向同性材料的失效准则；

步骤(1.4)、模型验证；

具体的，在所述步骤(1.1)中，对各向同性材料进行单轴拉伸、单轴压缩和纯剪切力学性能试验的具体操作方法为：

制备各向同性材料的拉伸、压缩和剪切试验件，并根据相关标准采用适当的夹具和加载速度进行力学性能试验；试验过程中，采集试验件的应力-应变曲线，根据试验标准的计算方法获得材料在单轴拉伸、单轴压缩和纯剪切应力状态下的失效强度；

在步骤(1.2)中，所述建立压缩应力状态下各向同性材料的失效准则的具体操作方法为：

采用形式根据压缩应力状态对材料失效的抑制作用，采用J₂形式根据畸变能的作用，故压缩应力状态下材料的失效准则表示为：

式中，I₁表示第一主应力不变量，J₂表示第二偏应力不变量，α_c、β_c表示待定参数；

I₁用应力表示为：

I₁＝σ₁+σ₂+σ₃

J₂用应力表示为：

将单轴压缩强度和纯剪切强度代入式中求解α_c、β_c，得到：

其中，S表示剪切强度，C表示压缩强度；

因此，压缩状态下失效准则表示为：

在步骤(1.3)中，所述建立拉伸应力状态下各向同性材料的失效准则的具体操作如下：

拉伸应力对材料失效起到促进作用，用表示；畸变能对材料失效的作用依然采用J₂来表示，其整体形式为：

其中，α_t、β_t表示两个待定参数；

将单轴拉伸强度和纯剪切强度代入式中求解α_t、β_t，得到：

因此，拉伸状态下失效准则表示为：

式中，T表示拉伸强度；

在步骤(1.4)中，所述模型验证的具体操作方法如下：

对铝、低碳钢、不锈钢和环氧树脂四种同性材料分别建立根据拉压不对称的各向同性材料失效准则，将上述四种同性材料的拉伸强度、压缩强度和纯剪切强度的试验结果带入至失效准则中，从而得到不同材料失效准则的具体数学表达式；通过双轴和三轴应力状态下的材料强度试验结果与失效准则的预测结果进行对比。