强度理论的概念课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,强度理论,强度理论,1,强度理论的概念,四个强度理论,各种强度理论的适用范围,强度理论的概念 四个强度理论 各种强度理论的,2,失效,由于材料的力学行为而使构件丧失正常功能的现象.,强度失效,(Failure by Lost Strength),由于,断裂,(Rupture),或,屈服,(Yield),引起的失效,刚度失效(Failure by Lost Rigidity)- 由于过量的弹性变形引起的失效.,屈曲失效(Failure by Buckling,Failure by Lost Stability)由于平衡构形的突然转变而引起的失效,.,疲劳失效 (Failure by Fatigue),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.,蠕变失效 (Failure by Creep)-在一定的温度和应力下,应变随着时间的增加而增加,最终导致构件,失效,.,松弛失效(,Failure by Relaxation,)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.,失效 强度失效(Failure by Lost Str,3,1,.简单应力状态下强度条件可由实验确定,2,.一般应力状态下，材料的失效方式不仅与材料性质有关，且与其应力状态有关,3,.复杂应力状态下的强度准则不能由实验确定(不可能针对每一种应力状态做无数次实验)；(,应力状态的多样性试验的复杂性).,4,.强度准则：,金属材料的强度失效形式：,屈服与断裂,；,强度准则(强度理论),：材料失效原因的假说,通过强度准则，利用,单向拉伸实验结果,建立各种应力状态下的失效判据和相应的设计准则。,强度理论的概念,强度理论,1.简单应力状态下强度条件可由实验确定 2,4,两,类,强,度,理,论,1. 第一类强度理论,（以脆性断裂破坏为标志）,-也称,断裂准则,Criteria of Fracture,2. 第二类强度理论,（以塑性屈服破坏为标志）,-也称,屈服准则,Criteria of Yield,四个强度理论,2.线性断裂力学准则,1.最大拉应力准则,2.形状改变能密度准则,1.最大切应力准则,两 1. 第一类强度理论 2. 第二类强度理论四个强,5,准则,：,无论材料处于什么应力状态，发生脆性断裂的共同原因是单元体中的最大拉应力,s,1,达到某个共同极限值,s,jx,。,1,.断裂原因,：最大拉应力,s,1,（与应力状态无关）,3.,强度条件,：,2.,破坏条件,：,一、第一强度理论（最大拉应力理论）,(Maximum Tensile-Stress Criterion,4.,应用情况,：符合脆性材料的拉断试验，如铸铁单向拉伸和扭转中的脆断,强度理论,Galileo 1638年,提出,原因是砖石(以后的铸铁)强度的需求,准则：无论材料处于什么应力状态，发生脆性断裂的,6,二、最大伸长线应变理论,（第二强度理论）,准则,：,无论材料处于什么应力状态，发生脆性断裂的共同原因是单元体中的最大伸长线应变,e,1,达到某个共同极限值,e,jx,。,1.,断裂原因,：最大伸长线应变,e,1,（与应力状态无关）；,3.,强度准则,：,2.,破坏条件,：,4.,应用情况,：符合脆性材料的脆性破坏。,强度理论,1682年，Mariote提出,二、最大伸长线应变理论 （第二强度理论） 准则,7,三、最大切应力理论（第三强度理论）,Trescas Criterion,准则,：,无论在什么样的应力状态下，材料发生屈服流动的原因都是单元体内的最大切应力,t,max,达到某一共同的极限值,t,jx,。,1.,屈服原因,：最大切应力,t,max,（与应力状态无关）；,2.,屈服条件,：,3.,强度准则,：,4.,应用情况,：形式简单，符合实际，广泛应用，偏于安全。,强度理论,1773年，Coulomb提出假设；1868年 Tresca完善,三、最大切应力理论（第三强度理论） 准则：无论在,8,四、第四强度理论（形状改变比能理论）,Misess Criterion,准则,：不论应力状态如何，材料发生屈服的共同原因是单元体中的形状改变比能u,d,达到某个共同的极限值u,djx,。,1,.屈服原因,：最大形状改变比能u,d,（与应力状态无关）；,2.,屈服条件,：,3.,强度准则,：,4.,应用情况,：对塑性材料比最大剪应力准则符合实验结果。,强度理论,四、第四强度理论（形状改变比能理论） Misess Cri,9,1、不论是脆性或塑性材料，在三轴拉伸应力状态下，均会发生脆性断裂，宜采用,最大拉应力理论（第一强度理论）,。,2、塑性材料（除三轴拉伸外），宜采用,形状改变比能理论（第四强度理论）,和,最大剪应力理论（第三强度理论）。,3、无论是塑性和脆性材料,在三轴压缩状态下，均会发生塑性失效，宜采用,形状改变比能理论。,各种强度理论的适用范围,强度理论,对于大多数,韧性材料在一般应力状态下发生塑,性屈服；,对于大多数脆性,材料在一般应力状态下发生脆,性断裂；,要注意例外。,1、不论是脆性或塑性材料，在三轴拉伸应力状,10,1.材料的破坏形式由,材料的类型,和,危险点的应力状态,等决定的,2.简单应力状态的强度条件是根据试验结果建立的；复杂应力状态的强度条件是建立在强度理论的基础之上的。,3.,材料处于三向拉伸 应力状态材料由韧性向脆性转变,1.材料的破坏形式由材料的类型和危险点的应力状态等决定的,11,强度准则的统一形式：,其中：,相当应力,equivalent stress,强度准则的统一形式：其中：相当应力equivalent st,12,思考,已知：,和,试写出,最大剪应力理论和形状改变比 能理论的表达式。,思考已知： 和,试写出最大剪应力理论和形状改变比 能,13,最大剪应力理论(第三强度理论),形状改变比能理论(第四强度理论),最大剪应力理论(第三强度理论)形状改变比能理论(第四强度理论,14,已知 ：铸铁构件上危险点的应力状态。铸铁拉伸许用应力,=30 MPa 。,试校核: 该点的强度。,解：首先根据材料和应力状态确定失效形式，选择设计准则。,脆性断裂，最大拉应力准则,max,=,1,其次确定主应力,1,29.28 MPa,2,3.72 MPa,3,0,max,=,1,=,30 MPa,结论：,强度是安全的。,已知 ：铸铁构件上危险点的应力状态。铸铁拉伸许用应力,15,例,某结构危险点的应力状态如图所示，其中,s,120MPa，,t,=60MPa。材料为钢，许用应力,s,=170MPa，试校核此结构是否安全。,t,s,解：,钢材在这种应力状态下会发生屈服失效，故可采用第三和第四强度理论作强度计算。两种理论的相当应力分别为：,两者均小于,s,=170MPa。可见，无论采用第三或是第四强度理论进行强度校核，该结构都是安全的。,强度理论,例 某结构危险点的应力状态如图所示，其中s1,16,强度计算的步骤：,1、外力分析：确定所需的外力值,2、内力分析：画内力图，确定可能的危险截面,3、应力分析：画危险截面应力分布图，确定危险点并画出单元体，求主应力,。,4、强度分析：选择适当的强度理论，计算相当应力,然后进行强度校核,强度计算的步骤：1、外力分析：确定所需的外力值2、内力分析：,17,解：,危险点,A,的应力状态如图,例,直径为,d,=0.1m的,铸铁圆杆受力,T,=7kNm,P,=50kN,=40MPa,用第一强度理论校核强度,安全,P,P,T,T,A,A,解：危险点A的应力状态如图例 直径为d=0.1m的铸铁圆,18,用,Q235,钢制成的实心圆截面杆，受轴力F,及扭转力偶矩M,e,共,同作用，且 ,今测得圆杆表面k点处沿图示方向的线应变 。已知杆直径d=10mm,材料的弹性常数E=200GPa,v,=0.3。试求荷载F和M.若其许用应力 。试按第四强度理论校核杆的强度。,用Q235钢制成的实心圆截面杆，受轴力F及扭转力偶矩Me共,19,1.,如图示，危险点为纯剪切应力状态。用第四强度理论校核，强度条件为（ ）。,A,、,B,、,C,、,D,、,1.如图示，危险点为纯剪切应力状态。用第四强度理论校核，强度,20,2.,如图示，危险点为二向应力状态。按第三强度理论校核，其相当应力为（ ）。,A,、,B,、,C,、,D,、,2.如图示，危险点为二向应力状态。按第三强度理论校核，其相当,21,3.,铸铁圆试件拉伸破坏时，沿横截面断裂，扭转时将沿 45度螺旋截面断裂，可用第（ ）强度理论解释破坏的原因。,A,、一,B,、二,C,、三,D,、不能用同一强度理论解释,3.铸铁圆试件拉伸破坏时，沿横截面断裂，扭转时将沿 45度螺,22,x,x,y,4.,图示平面应力状态的单元体中设非零的两个主应力分别为 和 则有（ ）。,A,、,B,、,C,、,D,、,xxy4.图示平面应力状态的单元体中设非零的两个主应力,23,5.,某铁球投入高温油中，铁球开裂，则有（ ）。,A、,铁球开裂始于表面,B、,铁球开裂始于芯部,D、,以上错误,C、如温度很高，,铁球开裂可能始于表面,5.某铁球投入高温油中，铁球开裂，则有（ ）。A、铁,24,“豆腐渣”工程触目惊心,1999年1月4日，长200米的重庆綦江彩虹桥垮塌，死,36人，多人受伤失踪,1998年8月7日，号称“固若金汤”的九江长江大堤发生,决堤， 事后调查， 大堤里面根本没有钢筋。,1996年初，投资43亿、我国铁路建设史上规模最大的,北京西客站投入使用后，几乎所有的站台都经过封闭,式返修。天篷玻璃、办公大厅和行包房更是大小毛病,不断,1996年11月底，总投资 3200万元的 210国道改道工程,完工，仅过了两个月，还未交付使用的西延公路就沿,山段就变成翻浆路，路面凸凹不平、柏油不知去,向,“豆腐渣”工程触目惊心,25,