屈服应力 — CAE术语解说

分类: 术语表 | 2026-01-15
CAE visualization for yield strength - technical simulation diagram

屈服应力

🧑‍🎓

通过FEM分析后,有些区域的应力超过了屈服应力,这样是不是有问题?

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不能笼统地说是坏的,但一旦超过屈服应力,材料就会发生塑性变形,即卸去荷载后也无法恢复的永久变形。在机械设计中,通常需要对屈服应力保留安全系数,因此如果超过了屈服应力,就需要重新审视设计方案。

定义

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屈服应力是怎样确定的?我在材料数据上看到过"0.2%耐力"这个术语。

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通过拉伸试验获得应力-应变曲线时,对于像钢铁那样具有明确屈服点的材料,该点就是屈服应力。但对于铝合金和不锈钢这类没有明确屈服点的材料,则从应变轴的0.2%处沿弹性斜率作平行线,该直线与应力-应变曲线的交点被称为"0.2%耐力",作为屈服应力的替代值。在实际工程中通常采用这个值。

构造解析中的作用

🧑‍🎓

FEM中屈服应力超限的区域存在时,线性分析的结果是否可信?

🎓

不能信任。线性弹性分析没有考虑屈服后的材料行为,因此在超过屈服应力的部分,材料实际上会发生塑性变形,应力会进行重新分配。如果需要准确的结果,应该转换为弹塑性分析(非线性分析)。通常采用von Mises屈服条件。

$$ \sigma_{vM} = \sqrt{\frac{1}{2}[(\sigma_1-\sigma_2)^2+(\sigma_2-\sigma_3)^2+(\sigma_3-\sigma_1)^2]} \leq \sigma_y $$
🧑‍🎓

通过von Mises应力与屈服应力进行对比。那么温度变化是否也会影响屈服应力呢?

🎓

会的。一般来说,温度升高会导致屈服应力下降。例如碳钢在常温下屈服应力约为250MPa,但在500℃时可能会降低到150MPa以下。在高温环境的设计中,必须使用温度相关的屈服应力数据,否则会很危险。

相关术语

🧑‍🎓

请介绍与屈服应力相关的术语。

🎓
  • 拉伸强度
  • 塑性
  • von Mises
  • 🧑‍🎓

    所以超过屈服应力并不是立即报废,而是会发生应力重新分配。我还需要进一步学习非线性分析。

    🎓

    没错。特别是对于螺栓孔或圆角等应力集中部位,线性分析容易出现屈服超限,但实际上由于局部塑性变形会导致应力重新分配,从整体来看往往是安全的。不过如果塑性区域扩展过大就会导致结构崩溃,所以用非线性分析进行确认是最可靠的方法。

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