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| virtual work principle |
和真实应力作为静力可能应力代入功能关系表达式
,注意到真实应力和位移是满足功能关系的,因此可以得到用虚位移d ui 和虚应变deij 表达的虚功方程![]() d W =dU 虚功原理(principle 表明处于平衡状态的变形体在虚位移作用下外力功和内力功关系的理论。虚位移是指满足应变几何方程和位移边界条件的虚拟微小位移。在解析塑性加工力学问题时所用的能量法(见变形力学问题的能量解法)和有限元法(见变形力学问题的有限元解法)均采用变分原理(见弹一塑性变分原理,刚一塑性变分原理,粘一塑性变分原理),虚功原理是建立各种变分原理的基础。虚功原理认为,当一个连续变形体在外力作用下处于平衡状态时,若给该变形体一符合约束条件的微小虚位移,则外力在虚位移下所作的功必等于内力在相应位移下所作的功。内力所作的功即为与虚位移对应的虚应变所耗费的总功。 设处于平衡状态的变形体,体积为y,总表面积S分为两部分,即Sp和Su,在Sp上给出表面力pi=p i,在Su上给出位移ui=ui在体力fi和表面为pi作用下物体处于平衡状态时,必须满足:在V上力平衡方程 (1) ![]() 由于在Sp上 (2) ![]() 将 (2) ![]() 于是式(2)左边 ![]() 注意到,力平衡方程 虚功原理表达式(2)是在力平衡方程和几何方程都是线性方程的条件下建立的,因此只适于小变形问题;对于σsij 和uki(或εkij)彼此可独立选取,并不要求它们之间有任何联系。所以此原理适于任何性质的变形体如弹性体、弹一塑性体、刚一塑性体和粘一塑性体。 按类似证明式(2)的步骤和方法,可得下式 (3) 式(3)称为虚功率原理表达式,也称虚功率方程。式中 若令 (4) ![]() 式(4)称为增量虚功率方程。 若在式(2)中uki为与真实位移ui邻近的任何运动许可位移场,即 (5) ![]() 式(5)也常称虚位移原理表达式。同样也可得 (6) ![]() 式(6)也常称虚速度原理表达式。 推导式(2)~(6)时,假设变形体内应力、位移和速度分布是连续的。然而在求解塑性加工力学问题时常把变形工件看成刚性区和塑性区的组合体,并且其中存在着应力间断和速度(或位移)间断面。可以证明,存在应力间断面不影响虚功(或功率)方程;存在速度间断面SD(在此面上法向速度v。连续,切向速度仉问断)则影响虚功率方程,此时虚功率原理的表达式(3)可写成 (7) ![]() 式中k为屈服剪应力;Δvt为a、b两面的速度间断量Δvt=vat—vbt;三表示对几个间断面的剪切功率求和。 大变形弹一塑性问题分析中要用大变形的虚功率方程。连续的变形体经微小时间位从一个构形C移到另一个构形C,其间产生的应力速率Tij。满足:在V上 |