上海交通大学材料力学课件-强度理论.ppt

材料力学第十章强度理论 材料力学一、强度理论的概念基本变形下的强度条件（拉压）（弯曲）（正应力强度条件）（剪切）（扭转）（切应力强度条件） 材料力学式中破坏正应力破坏切应力（通过试验测定）基本变形下危险点所处的应力状态：单向应力状态纯切应力状态复杂应力状态强度问题/强度理论的概念 材料力学怎样建立一般应力状态下强度条件？难点应力状态的多样性试验的复杂性材料破坏原因的假说复杂应力状态强度问题/强度理论的概念 材料力学两种强度破坏形式塑性材料破坏前发生显著的塑性变形，以至构件不能正常工作,严重时可发生剪切破坏。破坏断面多发生在最大切应力面上，例如低碳钢拉、扭，铸铁压。（2）断裂脆性材料破坏前无明显的塑性变形即发生突然断裂。破坏断面多发生在垂直于最大正应力的截面上，如铸铁受拉、扭，低温脆断等。复杂应力状态强度问题/强度理论的概念（1）屈服 材料力学即：强度理论：为了建立复杂应力状态下的强度条件，而提出的关于材料破坏原因的假设及破坏极限的计算方法。不论处于什么应力状态，相同的失效原因导致相同的破坏形式。可利用拉伸试验的结果来建立建立复杂应力状态下的强度条件。复杂应力状态强度问题/强度理论的概念 材料力学二、常用的强度理论关于屈服的强度理论最大切应力理论(III)形状改变比能理论(IV)关于断裂的强度理论最大拉应力理论(II)最大拉应变理论(I)莫尔准则 材料力学最大拉应力理论（第一强度理论）(MaximumTensile-StressCriterion)无论材料处于什么应力状态，只要发生脆性断裂，都是由于微元内的最大拉应力达到极限值。关于断裂的强度理论复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学123=b最大拉应力理论复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学最大拉应力理论强度条件将设计理论中直接与许用应力[σ]比较的量，称之为相当应力σri即：复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学局限性：1.未考虑另外二个主应力影响;2.对受压的应力状态无法解释;3.对塑性材料的破坏无法解释;4.无法解释三向均压时，既不屈服也不破坏的现象。实验表明：此理论适用于大部分脆性材料受拉的应力状态，如铸铁受拉、扭。复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学最大拉应变理论（第二强度理论）(MaximumTensile-StrainCriterion)无论材料处于什么应力状态，只要发生脆性断裂，都是由于微元内的最大拉应变（线变形）达到破坏伸长应变。复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学123最大拉应变理论=b复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学最大拉应变理论强度条件实验表明：此理论对于一拉一压的二向应力状态的脆性材料的断裂较符合，如铸铁受拉压比第一强度理论更接近实际情况。即复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学局限性：1.第一强度理论不能解释的问题，未能解决.2.在二向或三向受拉时:似乎比单向拉伸时更安全，但实验证明并非如此。复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学关于屈服的强度理论(CriteriaofYield)最大切应力理论（第三强度理论）(Tresca’sCriterion)无论材料处于什么应力状态，只要发生屈服，都是由于微元内的最大切应力达到了极限值。复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学123=s强度条件：复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学实验表明：此理论对于塑性材料的屈服破坏能够得到较为满意的解释。并能解释材料在三向均压下不发生塑性变形或断裂的事实。局限性：1.未考虑的影响，试验证实最大影响达15%。2.不能解释三向均拉下可能发生断裂的现象。3.不适用于脆性材料的破坏。复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学无论材料处于什么应力状态,只要发生屈服,都是由于微元的形状改变比能(即畸变能)达到一个共同的极限值。畸变能理论（第四强度理论）(Mises’sCriterion)123复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学强度条件：=s复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学讨论：1.选用强度理论时要注意：破坏原因与破坏形式的一致性，理论计算应与试验结果接近。一般:第一、第二强度理论，适用于脆性材料（拉断）。第三、第四强度理论，适用于塑性材料（屈服、剪断）。2.材料的破坏形式与应力状态，速度，温度等有关。同一种材料在不同情况下，破坏形式不同，强度理论也应不同。如：复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学铸铁：单向受拉时，脆性拉断第一、第二强度理论三向都受压时，产生屈服第三、第四强度理论3.如果考虑材料存在内在缺陷如裂纹，须利用断裂力学中的脆性断裂准则进行计算。低碳钢：单向受拉时，产生塑性变形第一、第二强度理论三向均拉时，产生断裂破坏第三、第四强度理论复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学思考题:水管在寒冬低温条件下，由于管内水结冰引起体积膨胀，而导致水管爆裂。由作用反作用定律可知，水管与冰块所受的压力相等，试问为什么冰不破裂，而水管发生爆裂。答:寒冬条件下，管内水结冰引起体积膨胀，水管管壁处于双向拉伸的应力状态，且钢材在低温条件下材料的塑性指标降低，因而易于发生爆裂。（第一强度理论）冰处于三向压缩的应力状态下，不易发生破裂。例如深海海底的石块，虽承受很大的静水压力,但不易发生破裂。（第三强度理论）复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学无论材料处于什么应力状态，只要发生同一种破坏形式，都是由于同一种因素引起。123rd复杂应力状态相当应力状态[]已有简单拉压试验资料强度理论强度条件复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学例10-1已知：铸铁构件上危险点的应力状态。铸铁拉伸许用应力[]=30MPa。试校核该点的强度。复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学解：首先根据材料和应力状态确定破坏形式，选择强度理论。r1=max=1[]其次确定主应力例10-1脆性断裂，最大拉应力准则复杂应力状态强度问题/常用的强度理论复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学1＝29.28MPa,2＝3.72MPa,3＝0结论：强度是安全的。复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学例题10-2已知：和试写出最大切应力理论和形状改变比能理论的表达式。解：首先确定主应力复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学对于最大切应力理论对于形状改变比能理论复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学例题10-3300126159一工字形截面梁受力如图所示，已知F=80kN,q=10kN/m,许用应力。试对梁的强度作全面校核。复杂应力状态强度问题/常用的强度理论AB2m2mFCFq1m1mDEzybac 材料力学作用点－距中性轴最远处；作用面上作用面上作用点－中性轴上各点；都较大的作用面上、都比较大的点。分析：1.可能的危险点复杂应力状态强度问题/常用的强度理论 材料力学300126159zybacb（单向应力状态）（平面应力状态）（纯切应力状态）全面校核2.危险点的应力状态复杂应力状态强度问题/常用的强度理论act