材料失效及强理论PPT学习教案

1、会计学1 材料失效及强理论材料失效及强理论PPT课件课件 第11章 材料失效及强度理 论 11-1 常用工程材料的失效模式及强度理论概念 2）强度理论的概念 但是，材料失效是存在原因和规律的，在有限实验的基础上，可以对材料失效的现象加以归纳、整理，对失效原因作一些假说，即无论何种应力状态，也无论何种材料，只要失效模式相同，便具有同一个失效原因。这样，就可以通过轴向拉伸这一简单实验的结果，去预测材料在不同应力状态下的失效和建立材料在一般应力状态下的失效判据。 关于材料失效原因与规律的假说或学说，称为强度理论。 强度理论必须经受实验与实践的检验。实际上，也正是在反复实验与实践基础上，强度理论才得到

2、发展并日趋完善。目前，有许多种强度理论，本课只介绍工程中常用的几种强度理论。 第1页/共13页 第11章 材料失效及强度理 论 11-2 关于断裂的强度理论 1）最大拉应力强度理论（第一强度理论） 最大拉应力理论把材料脆断失效的原因归结为最大拉应力。认为，无论材料处于何种应力状态，只要最大拉应力达到材料单向拉伸脆断时的极限拉应力值（即强度极限） ，材料就发生脆断失效。 失效原因： 实验表明，脆性材料在二向或三向拉伸断裂时，该理论与实验结果相当吻合。当存在压应力，若材料仍发生脆性拉断失效时，与实验结果也接近；但若发生剪断时，该理论与实验结果不符合。 1 失效判据： b11 u u1 这一理论没有

3、考虑 和 对材料失效的影响。此外，对于没有拉应力的三向压应力状态，不能应用此理论。 2 3 即 b1 第2页/共13页 第11章 材料失效及强度理 论 11-2 关于断裂的强度理论 2）最大拉应变强度理论（第二强度理论） 最大拉应变理论把材料脆断失效的原因归结为最大拉应变。认为，无论材料处于何种应力状态，只要最大拉应变达到材料单向拉伸脆断时的极限拉应变值 ，材料就发生脆断失效。 失效原因： 实验证明：脆性材料在双向拉伸-压缩应力状态下，且压应力值大于拉应力值时，该理论与实验结果大致吻合。最大拉应变理论能很好解释大理石在轴向压缩时（试件与实验机夹板间摩擦力较小条件下）沿轴向开裂的失效现象。 1

4、失效判据： u11 u1 3211 1 EE u b 1 因为 b321 所以 第3页/共13页 第11章 材料失效及强度理 论 11-3 关于屈服的强度理论 1）最大切应力强度理论（第三强度理论） 最大切应力理论把材料屈服失效的原因归结为最大切应力。认为，无论材料处于何种应力状态，只要最大切应力达到材料单向拉伸屈服时的极限最大切应力值 ，材料就发生屈服失效。 失效原因： max 失效判据： u max u 31max 2 1 s 2 1 u 因为 s31 所以 第4页/共13页 第11章 材料失效及强度理 论 11-3 关于屈服的强度理论 1）最大切应力强度理论（第三强度理论） 若为平面应力

5、状态时，假如 （三个主应力没有顺序关系）。这样，上式将变为 s s s s s s 0 0 6 0 0 5 0 4 0 3 0 2 01 ；，） ；，） ；） ；） ；） ；） 0 、 s31 讨论： 第5页/共13页 第11章 材料失效及强度理 论 11-3 关于屈服的强度理论 s s s s s s 0 0 6 0 0 5 0 4 0 3 0 2 01 ；，） ；，） ；） ；） ；） ；） 在 应力平面内 第三强度理论的屈服线 1）最大切应力强度理论（第三强度理论） s31 讨论： 第6页/共13页 第11章 材料失效及强度理 论 11-3 关于屈服的强度理论 2）形变应变能强度理论（第

6、四强度理论） 形变应变能理论把材料屈服失效的原因归结为形变应变能。认为，无论材料处于何种应力状态，只要形变应变能达到材料单向拉伸屈服时的极限形变应变能 ，材料就发生屈服失效。 失效原因： f e 失效判据： fuf ee fu e 2 13 2 32 2 21 6 1 E ef 2 s 3 1 E efu 因为 s13 2 32 2 21 2 1 所以 第7页/共13页 第11章 材料失效及强度理 论 11-3 关于屈服的强度理论 2）形变应变能强度理论（第四强度理论） s13 2 32 2 21 2 1 讨论： s 22 若为平面应力状态时，假如 （三个主应力没有顺序关系）。这样，上式将变为

7、 0 、 第8页/共13页 第11章 材料失效及强度理 论 11-3 关于屈服的强度理论 2）形变应变能强度理论（第四强度理论） 讨论： s 22 在 应力平面内 第四强度理论的屈服线 在纯切应力状态下，屈服时主应力 s32s1 0 ， ss31 2 ss 5 . 0 按照形变应变能强度理论，有 ss 3)()()( 2 1 2 13 2 32 2 21 ss 577. 0 两个强度理论，在纯切应力状态时差别最大 。 按照最大切应力强度理论，有 第9页/共13页 第11章 材料失效及强度理 论 11-3 关于屈服的强度理论 3）相当应力 r 第一强度理论 综上所述，当由强度理论来建立各种应力状

8、态下材料失效判据时，是将主应力的某一综合值与材料单向拉伸时极限应力相比较。主应力的这一综合值称为相当应力，用 表示。 b11r b3212r s 2 13 2 32 2 214r )()()( 2 1 第二强度理论 第三强度理论 s313r 第四强度理论 第10页/共13页 第11章 材料失效及强度理 论 11-4 许用应力 强度条件 1）许用应力 工程构件的强度达到极限状态（即发生强度失效）的条件是什么？怎样才能保证构件安全可靠的工作？ 以最大切应力理论为例，来回答这个问题。 现有材料相同的四个构件，其危险点应力状态如图所示。 由于存在强度分析的诸多不确定因素，那么，B 构件比D 构建更安全一些。 第11页/共13页 第11章 材料失效及强度理 论 11-4 许用应力 强度条件 1）许用应力 为了有足够的强度储备，以保证构件能安全可