第14章_复杂应力状态强度问题.ppt

第十四章Chapter14复杂应力状态强度问题StrainFailureCriteria,14-1引言14-2关于断裂的强度理论14-3关于屈服的强度理论14-4弯扭组合与弯拉（压）扭组合14-5承压薄壁圆筒的强度计算,第十四章应力和应变分析强度理论,（拉压）,（弯曲）,（弯曲）,（扭转）,（切应力强度条件）,杆件基本变形下的强度条件,目录,14-1引言,目录,14-1引言,强度理论：人们根据大量的破坏现象，通过判断推理、概括，提出了种种关于破坏原因的假说，找出引起破坏的主要因素，经过实践检验，不断完善，在一定范围与实际相符合，上升为理论。,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计算方法。,目录,14-1引言,构件由于强度不足将引发两种失效形式,(1)脆性断裂：材料无明显的塑性变形即发生断裂，断面较粗糙，且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。,关于屈服的强度理论：最大切应力理论和畸变能理论,(2)塑性屈服（流动）：材料破坏前发生显著的塑性变形，破坏断面粒子较光滑，且多发生在最大剪应力面上，例如低碳钢拉、扭，铸铁压。,关于断裂的强度理论：最大拉应力理论和最大拉应变理论,目录,14-1引言,1.最大拉应力理论（第一强度理论）,构件危险点的最大拉应力,极限拉应力，由单拉实验测得,目录,14-2关于断裂的强度理论,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简单拉伸时的破坏拉应力数值。,断裂条件,强度条件,最大拉应力理论（第一强度理论）,铸铁拉伸,铸铁扭转,目录,14-2关于断裂的强度理论,2.最大拉应变理论（第二强度理论）,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）达到简单拉伸时的破坏伸长应变数值。,构件危险点的最大伸长线应变,极限伸长线应变，由单向拉伸实验测得,目录,14-2关于断裂的强度理论,实验表明：此理论对于一拉一压（压应力值超过拉应力值）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。,强度条件,最大拉应变理论（第二强度理论）,断裂条件,即,目录,14-2关于断裂的强度理论,11,目录,14-2关于断裂的强度理论,解：,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某一极限值。,一.最大切应力理论（第三强度理论）,构件危险点的最大切应力,极限切应力，由单向拉伸实验测得,目录,14-3关于屈服的强度理论,屈服条件,强度条件,最大切应力理论（第三强度理论）,低碳钢拉伸,低碳钢扭转,目录,14-3关于屈服的强度理论,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：,2、不能解释三向均拉下可能发生断裂的现象。,1、未考虑的影响，试验证实最大影响达15%。,最大切应力理论（第三强度理论）,目录,14-3关于屈服的强度理论,无论材料处于什么应力状态,只要发生屈服,都是由于微元的最大形状改变比能达到一个极限值。,二.形状改变比能理论（第四强度理论）,构件危险点的形状改变比能,形状改变比能的极限值，由单拉实验测得,目录,14-3关于屈服的强度理论,屈服条件,强度条件,形状改变比能理论（第四强度理论）,实验表明：对塑性材料，此理论比第三强度理论更符合试验结果，在工程中得到了广泛应用。,目录,14-3关于屈服的强度理论,强度理论的统一表达式：,相当应力,目录,14-3关于屈服的强度理论,18,目录,14-3关于屈服的强度理论,三.脆性与塑性状态,脆性材料：最大拉应力理论与最大拉应变理论（第一与第二强度理论）塑性材料：最大切应力理论与畸变能理论（第三与第四强度理论）,材料失效形式不仅与材料的性质有关，还与其工作条件有关。灰口铸铁在三向等压下的塑性变形；钢在三向等拉下的断裂。,19,目录,14-3关于屈服的强度理论,四、单向与纯剪切组合应力状态的强度条件,已知：和。试写出最大切应力准则和形状畸变能准则的表达式。,解：首先确定主应力,目录,20,目录,14-3关于屈服的强度理论,例14-2：试分别根据第三与第四强度理论，确定塑性材料在纯剪切时的许用切应力。,21,目录,14-3关于屈服的强度理论,22,目录,14-4弯扭组合与弯拉（压）扭组合,23,目录,14-4弯扭组合与弯拉（压）扭组合,24,目录,14-4弯扭组合与弯拉（压）扭组合,第三强度理论：,圆截面,25,目录,14-4弯扭组合与弯拉（压）扭组合,第四强度理论：,26,目录,14-4弯扭组合与弯拉（压）扭组合,第三强度理论：,第四强度理论：,塑性材料的圆截面轴弯扭组合变形,式中W为抗弯截面系数，M、T为轴危险截面的弯矩和扭矩,27,目录,14-4弯扭组合与弯拉（压）扭组合,弯拉（压）扭组合强度计算,28,目录,14-4弯扭组合与弯拉（压）扭组合,传动轴左端的轮子由电机带动，传入的扭转力偶矩Me=300Nm。两轴承中间的齿轮半径R=200mm，径向啮合力F1=1400N，轴的材料许用应力=100MPa。试按第三强度理论设计轴的直径d。,解：（1）受力分析，作计算简图,例题14-4,29,目录,14-4弯扭组合与弯拉（压）扭组合,（2）作内力图,危险截面：E左处,30,目录,14-4弯扭组合与弯拉（压）扭组合,（3）应力分析，由强度条件设计d,