七、材料力学强度失效及设计准则.ppt

强度失效分析与设计准则 第7章 强度失效分析与设计准则 1、失效的概念与分类 2、强度失效判据与设计准则概述 3、屈服准则 4、断裂准则 5、强度失效判据与设计准则的应用 6、结论与讨论 强度失效 失效的概念与分类 1、强度失效 由于材料断裂或屈服引起的失效 失效的概念与分类 2、刚度失效 由于材料过量的弹性变形引起的失效. 刚度失效 失效的概念与分类 屈曲失效 3、屈曲失效由于平衡构形的突然转变而引起的失效. 失效的概念与分类 4、疲劳失效 由于交变应力的作用,初始裂纹不断扩展而引起的脆性断裂. 疲劳失效 5、蠕变失效 在一定高的温度和应力下，应变随着时间的增加而增加,最终导致构件失效。如低碳钢 失效的概念与分类 6、松弛失效 在一定的温度下,应变保持不变,应力随着时间增加而降低,从而导致构件失效。如有色金属、有机材料 由于工程构件应力状态的多样性，我们应用拉伸、弯曲、扭转简单变形的强度准则来解决所有问题是不够的。 对于复杂应力状态仅仅通过试验建立相关强度准则也是不可行的，因为材料的应力状态如主应力的大小、比值不尽相同。 在有限的实验结果和工程实践的经验总结的基础上，人们对失效的现象归纳，对失效原因进行假设，认为 材料在外力作用下发生屈服和断裂两种形式强度失效。即无论何种应力状态，只要失效形式相同，便具有相同的失效原因。从而建立材料在一般应力状态下失效判据，与相应的设计准则。 屈服失效准则和断裂失效准则能较好的解决强度失效问题。 强度失效判据与设计准则概述 屈服准则 (适应于塑性材料，如低碳钢、合金钢等) 1、最大切应力准则 无论材料处于何种应力状态，只要发生屈服，其共同原因都是由于微元内的最大切应力τmax达到某个共同的极限值τ°max。即： σ1 - σ3 ≤ [σ] 最大切应力理论由库仑1773初步提出，特雷斯卡1864确立。 几种常用的强度设计准则 2、形状改变能密度准则 无论材料处于何种应力状态，只要发生屈服，其共同原因都是由于微元内的畸变能密度υd 达到某个共同的极限值υd°。即： 畸变能密度准则由米泽斯1913提出。 几种常用的强度设计准则 断裂准则 （适应于脆性材料，如铸铁、陶瓷等） （无裂纹体的断裂准则） 最大拉应力准则 无论材料处于何种应力状态，只要发生脆性断裂，其共同原因都是由于微元内的最大拉应力σ1 达到某个共同的极限值σ1°。即： σ1 ≤ [σ] = σb ∕ nb 最大拉应力理最早由兰金提出最大正应力理论后修改成最大拉应力理论。 注意这里的强度判据是最大拉应力，若无拉应力则不断裂。 几种常用的强度设计准则 要注意不同设计准则的适用范围 上述设计准则只适用于某种确定的失效形式。因此正确选用设计准则是非常重要的，首先判断失效形式，其次判断应力 状态。 强度失效判据与设计准则应用 关于计算应力与应力强度 将设计准则中直接与许用应力[σ]比较的量, 称之为计算应力σri 或应力强度 Si (最大拉应力准则) (最大切应力准则) (形状改变比能准则) 强度失效判据与设计准则应用 例 题 1 已知铸铁构件上危险点的应力状态如图。铸铁拉伸许用应力[?] ?=30 MPa。 试校核该点的强度。 强度失效判据与设计准则应用 解：1、铸铁材料受拉应力失效形式为脆性断裂，选择最大拉应力准则 ?max= ?1 ? [?] ? 2、确定主应力，由应力圆 得:σ1=29.28; σ2=3.72; σ3=0; 强度失效判据与设计准则应用 C=16.5 x y 11 R=12.78 σ1=29.28 ?max = ?1 [?] ? = 30 MPa 结论：构件强度是安全的。 y (23;11) x (10; -11) τ σ 低碳钢构件的危险点处应力状态如图，已知? 和? 。 试写出:最大切应力准则和形状改变能密度准则的表达式。 例 题 2 几种常用的强度 设计准则 强度失效分析与设计准则 解：1、由应力圆确定主应力 强度失效判据与设计准则应用 C=0.5σ τ 2、最大切应力准则 3、形状改变比能准则 y(0;-τ) x(