十四 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)強(qiáng)度問題.ppt

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1、第十四章復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)強(qiáng)度問題第一節(jié)強(qiáng)度理論的概念第二節(jié)幾種常見的強(qiáng)度理論第三節(jié)組合變形第一節(jié)強(qiáng)度理論的概念一、強(qiáng)度理論產(chǎn)生的背景軸向拉伸（壓縮）強(qiáng)度條件中的許用應(yīng)力是由材料的屈服極限或強(qiáng)度極限除以安全系數(shù)而得的，材料的屈服極限或強(qiáng)度極限可直接由試驗(yàn)測定。桿件受到軸向拉壓時(shí)，桿內(nèi)處于單向應(yīng)力狀態(tài)，因此單向應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度條件只需要做拉伸或壓縮試驗(yàn)便可解決。但工程上受力構(gòu)件很多屬于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，要通過試驗(yàn)建立強(qiáng)度條件幾乎是不可能的，于是人們考慮，能否從簡單應(yīng)力狀態(tài)下的試驗(yàn)結(jié)果去建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度條

2、件？為此人們對材料發(fā)生屈服和斷裂兩種破壞形式進(jìn)行研究，提出了材料在不同應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生某種形式破壞的共同原因的各種假設(shè)，這些假設(shè)稱為強(qiáng)度理論。根據(jù)這些假設(shè)，就有可能利用單向拉伸的試驗(yàn)結(jié)果，建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度條件.二、材料失效的原因分析1、實(shí)例2、破壞形式分析(1)屈服：產(chǎn)生明顯的塑性變形，剪切產(chǎn)生的滑動(2)斷裂：突然斷裂，拉斷或剪斷通常以屈服極限作為失效應(yīng)力通常以強(qiáng)度極限作為失效應(yīng)力二、材料失效的原因分析注意：強(qiáng)度失效不僅與應(yīng)力大小有關(guān)，而且與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。??????塑性材料脆性材料脆性斷

3、裂塑性變形二、材料失效的原因分析1、定義：材料發(fā)生失效時(shí)，應(yīng)力或變形所應(yīng)滿足的條件，該條件就稱為失效判據(jù)例如，低碳鋼在軸向拉伸載荷作用下，其失效判據(jù)：失效判據(jù)材料的工作應(yīng)力狀態(tài)，是外因；材料本身的特性，是內(nèi)因；三、失效判據(jù)2、建立失效判據(jù)的方法單一應(yīng)力狀態(tài)：通過實(shí)驗(yàn)直接建立除實(shí)驗(yàn)以外，還需對失效的原因作一些假設(shè)。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)：（1）單向應(yīng)力狀態(tài)：（2）純剪切應(yīng)力狀態(tài)：三、失效判據(jù)1、概念：強(qiáng)度條件旨在說明在什么條件下構(gòu)件不會失效.失效判據(jù)是以材料的極限應(yīng)力為標(biāo)準(zhǔn)；強(qiáng)度條件是以材料的許用應(yīng)力為標(biāo)準(zhǔn)；

4、強(qiáng)度條件：限制構(gòu)件中危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力（應(yīng)力的最大值）小于、最多等于材料的許用應(yīng)力。四、強(qiáng)度條件2、單一應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度條件（1）正應(yīng)力強(qiáng)度條件：（2）剪應(yīng)力強(qiáng)度條件：例如，軸向拉壓變形、平面彎曲變形的強(qiáng)度計(jì)算均采用這個(gè)條件。例如，圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度計(jì)算采用這個(gè)條件。3、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度條件四、強(qiáng)度條件一般認(rèn)為材料之所以失效，是應(yīng)力、應(yīng)變或應(yīng)變能等因素中某一因素引起的。強(qiáng)度理論簡單應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度條件復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度條件四、強(qiáng)度條件因而，無論是簡單或復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，引起失效的因素是相同的，僅決定于材料本身的性

5、質(zhì)，與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)。第二節(jié)幾種常見的強(qiáng)度理論斷裂準(zhǔn)則?最大拉應(yīng)力強(qiáng)度理論屈服準(zhǔn)則?最大切應(yīng)力強(qiáng)度理論?形狀改變比能強(qiáng)度理論?最大伸長線應(yīng)變強(qiáng)度理論一、最大拉應(yīng)力理論（第一強(qiáng)度理論）1、提出2、內(nèi)容無論是簡單應(yīng)力狀態(tài)，還是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，引起斷裂的因素都是最大拉伸主應(yīng)力。3、失效條件4、強(qiáng)度條件第二節(jié)幾種常見的強(qiáng)度理論1638年，Galileo首先提出最大正應(yīng)力理論。1833年，Lame和Rankine修正成最大拉應(yīng)力理論。一、最大拉應(yīng)力理論（第一強(qiáng)度理論）說明：第二節(jié)幾種常見的強(qiáng)度理論（3）缺陷在于

6、只考慮了σ1，而忽略了σ2、σ3（2）鑄鐵等脆性材料在單向拉伸下，斷裂發(fā)生于拉應(yīng)力最大的橫截面；脆性材料的扭轉(zhuǎn)也是沿拉應(yīng)力最大的斜面發(fā)生斷裂。這些都與最大拉應(yīng)力理論相符。（1）該理論提出最早，故名第一強(qiáng)度理論。二、最大伸長線應(yīng)變理論（第二強(qiáng)度理論）1、提出1682年，Mariotto提出最大線應(yīng)變理論。1862年，Navier發(fā)展了實(shí)例，巖石塊受壓，逐層剝落。2、內(nèi)容無論是簡單應(yīng)力狀態(tài)，還是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，引起破壞的因素都是最大線應(yīng)變。3、失效條件4、強(qiáng)度條件第二節(jié)幾種常見的強(qiáng)度理論或二、最大伸長線

7、應(yīng)變理論（第二強(qiáng)度理論）第二節(jié)幾種常見的強(qiáng)度理論說明：（2）鑄鐵在拉－壓二向應(yīng)力，且壓應(yīng)力較大的情況下，試驗(yàn)結(jié)果也與這一理論接近。（1）煤、石料或混凝土等脆性材料在軸向壓縮試驗(yàn)時(shí)，如端部無摩擦，試塊將沿垂直于壓力的方向裂開，裂開方向也就是最大伸長線應(yīng)變的方向。這與第二強(qiáng)度理論的結(jié)果相符。（3）混凝土、花崗巖和砂巖的試驗(yàn)資料表明，其在單向受壓和二向受壓情況下，強(qiáng)度無明顯差別。這與該理論不符。（4）按照這一理論，鑄鐵在二向拉伸時(shí)應(yīng)比單向拉伸時(shí)安全，但與試驗(yàn)結(jié)果不符。這種情況下，第一強(qiáng)度理論更接近試驗(yàn)結(jié)

8、果。三、最大切應(yīng)力理論（第三強(qiáng)度理論）1、提出1773年，Coollomb提出1898年，Tresca等實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，又稱Tresca準(zhǔn)則。2、內(nèi)容最大切應(yīng)力是引起屈服破壞的主要因素。3、失效條件4、強(qiáng)度條件說明：該理論較為滿意地解釋了一些試驗(yàn)現(xiàn)象，如低碳鋼拉伸時(shí)出現(xiàn)45°方向滑移線。但只考慮了σ1、σ3，而忽略了σ2的影響。第二節(jié)幾種常見的強(qiáng)度理論或四、最大形狀改變比能理論（第四強(qiáng)度理論）1、提出1856年，maxwell提出用能量的觀點(diǎn)考慮。1904年，Huber波蘭人，在波蘭的雜