四大強(qiáng)理論演示文稿

四大強(qiáng)度理論演示文稿1當(dāng)前1頁(yè)，總共24頁(yè)。（優(yōu)選）四大強(qiáng)度理論2當(dāng)前2頁(yè)，總共24頁(yè)。

塑性破壞---屈服：材料出現(xiàn)顯著的塑性變形，其失效應(yīng)力為σs

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脆性破壞---斷裂：材料沒(méi)有顯著的塑性變形，其失效應(yīng)力為σb

。

低碳鋼鑄鐵軸向拉伸扭轉(zhuǎn)2、材料在靜載荷作用下的失效形式：

材料分為塑性材料和脆性材料，兩種材料的失效形式是不一樣的：3當(dāng)前3頁(yè)，總共24頁(yè)。3、材料破壞的主要因素：低碳鋼:拉伸時(shí)45°截面上具有最大剪應(yīng)力;滑移線(xiàn)說(shuō)明是剪切破壞。扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面周線(xiàn)上具有最大剪應(yīng)力。結(jié)論：低碳鋼屬于剪切破壞鑄鐵：拉伸時(shí)橫截面上具有最大正應(yīng)力；扭轉(zhuǎn)時(shí)45°截面上具有最大正應(yīng)力。結(jié)論：鑄鐵屬于拉伸破壞問(wèn)題：對(duì)于基本變形，我們認(rèn)為構(gòu)件的危險(xiǎn)截面處于橫截面上，其強(qiáng)度條件為σmax≤[σ]，τmax≤[τ]。但實(shí)際構(gòu)件并非總在橫截面處破壞。4當(dāng)前4頁(yè)，總共24頁(yè)。4、強(qiáng)度理論：為了建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度條件，而提出的關(guān)于材料在各種不同的應(yīng)力狀態(tài)下破壞原因的假設(shè)及計(jì)算方法。認(rèn)為：材料之所以發(fā)生屈服或斷裂失效，是應(yīng)力、應(yīng)變或應(yīng)變能密度等因素中某一因素引起的，與應(yīng)力狀態(tài)無(wú)關(guān)。材料破壞的基本形式有兩種：屈服、斷裂。相應(yīng)地，強(qiáng)度理論也可分為兩類(lèi)：

一類(lèi)是關(guān)于脆性斷裂的強(qiáng)度理論---適用于脆性材料；

另一類(lèi)是關(guān)于塑性屈服的強(qiáng)度理論---適用于塑性材料。在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，構(gòu)件的最大應(yīng)力并不一定出現(xiàn)在橫截面處，因此，再用基本變形強(qiáng)度條件對(duì)處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核是不合適的。5當(dāng)前5頁(yè)，總共24頁(yè)。一、第一強(qiáng)度理論---最大拉應(yīng)力理論第二節(jié)、關(guān)于斷裂的強(qiáng)度理論1、觀點(diǎn)：脆性材料的破壞形式是斷裂。最大拉應(yīng)力是引起材料斷裂破壞的主要因素，即認(rèn)為無(wú)論是單向或復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，只要最大主應(yīng)力σ1達(dá)到材料的強(qiáng)度極限σb，材料即發(fā)生破壞。2、破壞條件：σ1>σb

3、強(qiáng)度條件：4、存在問(wèn)題：⑴、該理論只考慮σ1，而沒(méi)有考慮σ2、σ3的影響。⑵、當(dāng)σ1＜0，即沒(méi)有拉應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，它不能對(duì)材料的壓縮破壞作出合理解釋。⑶、σ1必須是拉應(yīng)力。6當(dāng)前6頁(yè)，總共24頁(yè)。

試驗(yàn)證明，這一理論與鑄鐵、巖石、砼、陶瓷、玻璃等脆性材料的拉斷試驗(yàn)結(jié)果相符，這些材料在軸向拉伸時(shí)的斷裂破壞發(fā)生于拉應(yīng)力最大的橫截面上。脆性材料的扭轉(zhuǎn)破壞，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。7當(dāng)前7頁(yè)，總共24頁(yè)。二、第二強(qiáng)度理論*---最大伸長(zhǎng)拉應(yīng)變理論1、觀點(diǎn)：最大伸長(zhǎng)線(xiàn)應(yīng)變是引起材料斷裂破壞的主要因素，即認(rèn)為無(wú)論是單向或復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，ε1是主要破壞因素。只要最大伸長(zhǎng)線(xiàn)應(yīng)變?chǔ)?達(dá)到單向拉伸斷裂時(shí)應(yīng)變的極限值εu，材料即破壞。2、破壞條件：發(fā)生脆性斷裂的條件是ε1≥εu=σb/E3、最大伸長(zhǎng)線(xiàn)應(yīng)變：若材料直到脆性斷裂都是在線(xiàn)彈性范圍內(nèi)工作，則由廣義胡克定律得：4、強(qiáng)度條件：8當(dāng)前8頁(yè)，總共24頁(yè)。5、適用范圍：實(shí)驗(yàn)表明：此理論對(duì)于一拉一壓的二向應(yīng)力狀態(tài)、且壓應(yīng)力較大的脆性材料的斷裂較符合，如鑄鐵受拉壓時(shí)比第一強(qiáng)度理論更接近實(shí)際情況。

6、存在問(wèn)題：

（應(yīng)變由應(yīng)力引起，拉應(yīng)變并不一定由拉應(yīng)力引起。）軸向壓縮時(shí)、或二向壓應(yīng)力狀態(tài)時(shí)、二向拉應(yīng)力狀態(tài)時(shí)、或三向壓應(yīng)力狀態(tài)時(shí)不適合用該理論。

第二強(qiáng)度理論應(yīng)用較少。石料或砼等材料在軸向壓縮試驗(yàn)時(shí)，如端部無(wú)摩擦，試件將沿垂直于壓力的方向發(fā)生斷裂，這一方向就是最大伸長(zhǎng)線(xiàn)應(yīng)變的方向，這與第二強(qiáng)度理論的結(jié)果相近。9當(dāng)前9頁(yè)，總共24頁(yè)。第三節(jié)、關(guān)于屈服的強(qiáng)度理論三、第三強(qiáng)度理論---最大切應(yīng)力理論

1、觀點(diǎn)：認(rèn)為最大剪應(yīng)力是引起材料屈服破壞的主要因素。只要有一點(diǎn)的最大剪應(yīng)力τmax達(dá)到單向拉伸屈服剪應(yīng)力τS時(shí)，材料就在該處出現(xiàn)明顯塑性變形或屈服。2、屈服破壞條件是：3、最大剪應(yīng)力分析：低碳鋼拉伸變形斜截面最大剪應(yīng)力：復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)最大剪應(yīng)力:10當(dāng)前10頁(yè)，總共24頁(yè)。低碳鋼拉伸低碳鋼扭轉(zhuǎn)4、強(qiáng)度條件：11當(dāng)前11頁(yè)，總共24頁(yè)。5、適用范圍：此理論對(duì)于塑性材料的屈服破壞能夠得到較為滿(mǎn)意的解釋。并能解釋材料在三向均壓下不發(fā)生塑性變形或斷裂的事實(shí)。6、局限性：1、該理論沒(méi)有考慮中間主應(yīng)力σ2的影響，但帶來(lái)的最大誤差不超過(guò)15％，且在大多數(shù)情況下遠(yuǎn)小于此。2、第三強(qiáng)度理論曾被許多塑性材料的試驗(yàn)結(jié)果所證實(shí)，且稍偏于安全。這個(gè)理論所提供的計(jì)算式比較簡(jiǎn)單，故它在工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。3、不能解釋三向均值拉應(yīng)力作用下可能發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。12當(dāng)前12頁(yè)，總共24頁(yè)。四、第四強(qiáng)度理論---形狀改變比能理論（最大畸變能理論）1、觀點(diǎn)：形狀改變比能ud是引起材料屈服破壞的主要因素，即認(rèn)為無(wú)論是單向或復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，ud是主要破壞因素。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料的形狀改變比能達(dá)到單向拉伸時(shí)使材料屈服的形狀改變比能時(shí)，材料即會(huì)發(fā)生屈服。2、形狀改變比能ud：

軸向拉伸時(shí)13當(dāng)前13頁(yè)，總共24頁(yè)。3、強(qiáng)度條件：4、適用范圍：對(duì)塑性材料，此理論比第三強(qiáng)度理論更符合試驗(yàn)結(jié)果，考慮σ1、σ2、σ3三個(gè)主應(yīng)力的共同的影響，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。五、相當(dāng)應(yīng)力:

1、四個(gè)強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件統(tǒng)一形式：σr---稱(chēng)為相當(dāng)應(yīng)力：將一個(gè)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)作用轉(zhuǎn)化為一個(gè)強(qiáng)度相當(dāng)?shù)膯蜗驊?yīng)力狀態(tài)σr的作用。14當(dāng)前14頁(yè)，總共24頁(yè)。相當(dāng)應(yīng)力:2、主應(yīng)力強(qiáng)度校核：

復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，構(gòu)件的強(qiáng)度校核，實(shí)際是主應(yīng)力強(qiáng)度校核。根據(jù)危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)分析，求出主應(yīng)力σ1、σ2、σ3，按照相應(yīng)的強(qiáng)度理論，求出相當(dāng)應(yīng)力σr與許用應(yīng)力比較。15當(dāng)前15頁(yè)，總共24頁(yè)。一般說(shuō)來(lái)，在常溫和靜載的條件下，脆性材料多發(fā)生脆性斷裂，故通常采用第一、第二強(qiáng)度理論；塑性材料多發(fā)生塑性屈服，故應(yīng)采用第三、第四強(qiáng)度理論。影響材料的脆性和塑性的因素很多，例如：低溫能提高脆性，高溫一般能提高塑性；在高速動(dòng)載荷作用下脆性提高，在低速靜載荷作用下保持塑性。無(wú)論是塑性材料或脆性材料：在三向拉應(yīng)力接近相等的情況下，都以斷裂的形式破壞，所以應(yīng)采用最大拉應(yīng)力理論；無(wú)論是塑性材料或脆性材料：在三向壓應(yīng)力接近相等的情況下，都引起塑性變形，所以應(yīng)采用第三或第四強(qiáng)度理論。16當(dāng)前16頁(yè)，總共24頁(yè)。（1）通過(guò)受力分析確定構(gòu)件的外力、內(nèi)力、危險(xiǎn)截面。（2）通過(guò)基本變形應(yīng)力分析確定危險(xiǎn)截面上的危險(xiǎn)點(diǎn)。（3）從構(gòu)件的危險(xiǎn)點(diǎn)處截取單元體，計(jì)算主應(yīng)力。（4）選用適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度理論計(jì)算相當(dāng)應(yīng)力σr

。（5）確定材料的許用拉應(yīng)力[]，將其與σr比較。3、應(yīng)用強(qiáng)度理論的解題步驟六、例題：例題1、薄壁容器，厚度δ<<平均直徑D，在容器中貯滿(mǎn)水，水結(jié)冰后，將容器漲破，而冰不碎，解釋原因。解：⑴、水結(jié)冰時(shí)，發(fā)生膨脹，容器將受到內(nèi)壓作用，其單元體的應(yīng)力狀態(tài)為二向拉應(yīng)力狀態(tài)。17當(dāng)前17頁(yè)，總共24頁(yè)。由橫向截面上的靜力平衡條件由縱向截面上的靜力平衡條件18當(dāng)前18頁(yè)，總共24頁(yè)。⑵、若容器為脆性材料，利用第一強(qiáng)度理論強(qiáng)度條件為：σ1≤[σ]若容器為塑性材料，利用第三強(qiáng)度理論強(qiáng)度條件為：σ1-σ3=σ1≤[σ]所以，當(dāng)冰的脹力P較大，σ1較大時(shí)，容器可能被脹破。⑶、冰處于三向近似等壓應(yīng)力狀態(tài)。雖然冰是脆性材料，但表現(xiàn)為塑性破壞，應(yīng)選用第三、第四強(qiáng)度理論。σ1=σ2=σ3＜0強(qiáng)度條件：σr3=σ1-σ3≈0＜[σ]，故冰不會(huì)被壓碎。19當(dāng)前19頁(yè)，總共24頁(yè)。例題2、圖示一實(shí)心圓軸直徑d=10mm，材料為A3鋼，μ=0.3，[σ]=160MPa，受軸向力F和扭矩T作用，T=Fd/10，試求⑴許可載荷F。⑵當(dāng)F=5KN時(shí)，K點(diǎn)沿30°方向的線(xiàn)應(yīng)變。解：⑴、取圓軸表面上的K點(diǎn)為研究對(duì)象。F力作用下，K點(diǎn)處產(chǎn)生的拉應(yīng)力：扭矩T作用下，K點(diǎn)處產(chǎn)生的切應(yīng)力：20當(dāng)前20頁(yè)，總共24頁(yè)。⑵、K點(diǎn)的單元體如圖所示，計(jì)算K點(diǎn)處的主應(yīng)力。

21當(dāng)前21頁(yè)，總共24頁(yè)。⑶、對(duì)于鋼材，利用第三強(qiáng)度理論強(qiáng)度條件：代入有關(guān)參數(shù)得：即：許可載荷為[F]=9.8KN⑷、計(jì)算K點(diǎn)處沿30°方向的線(xiàn)應(yīng)變：σx

τx

-30°

x

y

22當(dāng)前22頁(yè)，總共24頁(yè)。