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冯·米塞斯屈服准则

1913
  • Richard von Mises
  • Maksymilian Tytus Huber
机械工程实验室使用冯·米塞斯屈服准则测试延性材料。

(图片仅供参考)

The von Mises yield criterion predicts that yielding of a ductile material begins when the second deviatoric stress invariant, [latex]J_2[/latex], reaches a critical value. It is often expressed in terms of the von Mises stress, [latex]\sigma_v[/latex], a scalar value that must be less than the material’s yield strength, [latex]\sigma_y[/latex]. Yielding occurs when [latex]\sigma_v = \sigma_y[/latex].

冯·米塞斯屈服准则,也称为最大变形能准则,是一种广泛用于预测延性材料塑性变形开始的模型。该准则假定,当材料单位体积变形的弹性应变能达到临界值时,材料开始屈服。这与静水压力能(与体积变化相关)不同,静水压力能被认为对延性金属的屈服没有贡献。

从数学角度来看,这等价于指出偏应力张量的第二不变量 J₂ 达到一个常数值。偏应力张量是总应力张量减去其静水压力分量。该准则通常用冯·米塞斯等效应力 σₑ 来表示,它是应力张量六个分量的标量组合。对于一般的三维应力状态,其计算公式为:[latex]sigma_v = sqrt{frac{1}{2}[(sigma_{11}-sigma_{22})^2 + (sigma_{22}-sigma_{33})^2 + (sigma_{33}-sigma_{11})^2 + 6(sigma_{12}^2 + sigma_{23}^2 + sigma_{31}^2)]}[/latex].

Yielding is predicted to occur when [latex]\sigma_v[/latex] equals the material’s 屈服强度, [latex]\sigma_y[/latex], which is typically determined from a simple uniaxial tensile test. In principal stress space, the von Mises criterion defines a smooth, circular cylinder whose axis is the hydrostatic line ([latex]\sigma_1 = \sigma_2 = \sigma_3[/latex]). This contrasts with the Tresca criterion, which defines a hexagonal prism. The von Mises criterion generally provides a better fit with experimental data for most ductile metals and is continuously differentiable, which is advantageous in numerical computations.

UNESCO Nomenclature: 2208
– Mechanics

类型

抽象系统

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 贝尔特拉米总应变能理论
  • Huber早期对畸变能概念的阐述
  • 发展 Cauchy stress tensor
  • 延展性金属屈服的实验观察

应用程序

  • 预测机械和土木工程中钢和铝等延展性材料的失效
  • 有限元 利用有限元分析(FEA)可视化和评估应力集中情况
  • 压力容器和管道系统的设计
  • 汽车零部件的耐用性和碰撞安全性设计

专利:

NA

潜在创新理念

  • 实时结构健康监测系统,当冯·米塞斯应力接近屈服极限时发出警报
  • 生成设计软件,可优化拓扑结构,使冯·米塞斯应力保持在阈值以下
  • 嵌入传感器的智能材料,当局部冯·米塞斯应力达到临界值时,会改变颜色或属性
  • 结合冯·米塞斯应力循环历史的材料疲劳预测模型
  • 先进的手术规划软件,可模拟骨植入物中的冯·米塞斯应力,以防止失败
  • wearable technology that monitors von Mises stress in athletic equipment to prevent catastrophic failure
  • 人工智能驱动的金属成型工艺,主动控制刀具路径以管理冯·米塞斯应力分布
  • 使用冯·米塞斯准则预测新型合金行为的虚拟材料测试平台
相关概念:冯·米塞斯应力、屈服准则、塑性、延性材料、失效理论、偏应力、畸变能、J2塑性。

历史背景

冯·米塞斯屈服准则

1909
1910
1911-04-08
1913
1915
1916
1917
1907
1909
1910
1912
1915
1915-11
1916
1918

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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