强度理论的概念

1、 强度理论的概念强度理论的概念 四个强度理论四个强度理论 莫尔强度理论莫尔强度理论 各种强度理论的适用范围各种强度理论的适用范围1.简单应力状态下强度条件可由实验确定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，即与各主应力大小及比值有关；关，且与其应力状态有关，即与各主应力大小及比值有关； 3.复杂应力状态下的强度准则不能由实验确定复杂应力状态下的强度准则不能由实验确定(不可能针对不可能针对每一种应力状态做无数次实验每一种应力状态做无数次实验)；4.强度准则：强度准则： 金属材料的强

2、度失效分为：金属材料的强度失效分为：屈服与断裂屈服与断裂； 强度准则强度准则(强度理论强度理论)：材料失效原因的假说：材料失效原因的假说 (假说假说实践实践理论理论)； 通过强度准则，利用单向拉伸实验结果建立各种应力通过强度准则，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。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的概念 准则准则：无论材料处于什么应力状态，发生脆性断裂的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共同原因是单元体中的最大拉应力s s1达到某个共同极限值达到某个共同极限值s sjx。1.断裂原因断裂原因：最大拉应力：

3、最大拉应力s s1 （与应力状态无关）（与应力状态无关）3.强度条件强度条件： 1ss2.破坏条件破坏条件：bss1第一强度理论（最大拉应力理论）第一强度理论（最大拉应力理论） 4.应用情况应用情况：符合脆性材料的拉断试验，如铸铁单向拉伸：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；但未考虑其余主应力影响且不能用于无拉应和扭转中的脆断；但未考虑其余主应力影响且不能用于无拉应力的应力状态，如单向、三向压缩等。力的应力状态，如单向、三向压缩等。 第一类强度理论（以脆性断裂破坏为标志）第一类强度理论（以脆性断裂破坏为标志）最大伸长线应变理论最大伸长线应变理论 （第二强度理论）（第二强度理论

4、） 准则准则：无论材料处于什么应力状态，发生脆性断裂的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共同原因是单元体中的最大伸长线应变e e1达到某个共同极达到某个共同极限值限值e ejx。1.断裂原因断裂原因：最大伸长线应变：最大伸长线应变e e1（与应力状态无关）；（与应力状态无关）； 3.强度准则强度准则： )(321ssssbsssse)(32112.破坏条件破坏条件： 4.应用情况应用情况：符合表面润滑石料的轴向压缩破坏等，不符合：符合表面润滑石料的轴向压缩破坏等，不符合大多数脆性材料的脆性破坏。大多数脆性材料的脆性破坏。 第一类强度理论（以脆性断裂破坏为

5、标志）第一类强度理论（以脆性断裂破坏为标志）最大切应力理论（第三强度理论）最大切应力理论（第三强度理论） 准则准则：无论在什么样的应力状态下，材料发生屈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服流动的原因都是单元体内的最大切应力t tmax达到某达到某一共同的极限值一共同的极限值t tjx。 1.屈服原因屈服原因：最大切应力：最大切应力t tmax（与应力状态无关）；（与应力状态无关）； 2.屈服条件屈服条件： ssss313.强度准则强度准则： 31sss4.应用情况应用情况：形式简单，符合实际，广泛应用，偏于安全。：形式简单，符合实际，广泛应用，偏于安全。

6、第二类强度理论（以塑性屈服破坏为标志）第二类强度理论（以塑性屈服破坏为标志）第四强度理论（形状改变比能理论）第四强度理论（形状改变比能理论） 准则准则：不论应力状态如何，材料发生屈服的共同原：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因是单元体中的形状改变比能ud达到某个共同的极限值达到某个共同的极限值udjx。1.屈服原因屈服原因：最大形状改变比能：最大形状改变比能ud（与应力状态无关）；（与应力状态无关）； 2.屈服条件屈服条件： 22132322212)()()(ssssssss3.强度准则强度准则： )()()(21213232221sssssss4.应用情况应用

7、情况：对塑性材料比最大剪应力准则符合实验结果。：对塑性材料比最大剪应力准则符合实验结果。 第二类强度理论（以塑性屈服破坏为标志）第二类强度理论（以塑性屈服破坏为标志）摩尔强度理论摩尔强度理论一、摩尔强度理论（修正的最大切应力理论）一、摩尔强度理论（修正的最大切应力理论） 准则准则：剪应力是使材料达到危险状态的主要因素，但剪应力是使材料达到危险状态的主要因素，但滑移面上所产生的阻碍滑移的内摩擦力却取决于剪切面上滑移面上所产生的阻碍滑移的内摩擦力却取决于剪切面上的正应力的正应力s s的大小的大小。1.摩尔理论适用于脆性剪断：摩尔理论适用于脆性剪断：2.材料的剪断破坏发生在材料的剪断破坏发生在(tt

8、fs s)值最大的截面上值最大的截面上(这里这里f为内摩为内摩擦系数擦系数)。 在一定应力状态下，滑移面上为压应力时，滑移阻力增大；在一定应力状态下，滑移面上为压应力时，滑移阻力增大；为拉应力时，滑移阻力减小；为拉应力时，滑移阻力减小； 脆性剪断脆性剪断：在某些应力状态下，拉压强度不等的一些材：在某些应力状态下，拉压强度不等的一些材料也可能发生剪断，例如铸铁的压缩。料也可能发生剪断，例如铸铁的压缩。 由实验确定剪断时的由实验确定剪断时的t tjx、s sn关系：关系： )(Fnjxs s t t 极限应力圆极限应力圆：材料达到屈服时，在不同：材料达到屈服时，在不同s s1和和s s3比值下所作

9、出的比值下所作出的一系列最大应力圆一系列最大应力圆(摩尔圆摩尔圆)。 不考虑不考虑s s2的影响，每一种材料可通过一系列的试验，作的影响，每一种材料可通过一系列的试验，作出极限应力圆，它们的包络线就是曲线，当最大应力圆恰出极限应力圆，它们的包络线就是曲线，当最大应力圆恰好与包络线相接触时，则材料刚刚达到极限状态；若最大好与包络线相接触时，则材料刚刚达到极限状态；若最大应力圆位于包络线以内时，则它代表的应力状态是安全的。应力圆位于包络线以内时，则它代表的应力状态是安全的。2.莫尔强度准则：莫尔强度准则： 公式推导：公式推导： 强度准则：强度准则： 31lyls s s ss ss s s ss

10、sl拉伸许可应力；拉伸许可应力；s sy压缩许可应力。如材料拉压许压缩许可应力。如材料拉压许用应力相同，则莫尔准则与最大剪应力准则相同。用应力相同，则莫尔准则与最大剪应力准则相同。s st t)(Fnjxs s t t极限应力圆极限应力圆O1拉伸拉伸拉伸拉伸纯剪切纯剪切压缩压缩s st t压缩压缩O2s st tOD2D1用单向拉伸和压用单向拉伸和压缩极限应力圆作缩极限应力圆作包络线包络线t tjx=F(s sn)用单向拉伸、压用单向拉伸、压缩和纯剪切极限缩和纯剪切极限应力圆作包络线应力圆作包络线t tjx=F(s sn)O1s sls syO2D2D1s s3s s1313111221133

11、21312233OOOOOOOOODODODODOOOOOEOE s s s s s s s s s s s s s s s s 2OO2OO2OD2OO2OD2OD2122313113133ylyl，)(3131ylllyls s s ss s s s s s s s s ss s s s s s31lyls s s ss ss s s s31lyls s s ss ss s s sO3O1E2E3D3s st tO 1、不论是脆性或塑性材料，在三轴拉伸应力状态下，均、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，宜采用会发生脆性断裂，宜采用最大拉应力理论（第一强度理论）最大

12、拉应力理论（第一强度理论）。 2、脆性材料：在二轴拉伸应力状态下，应采用最大拉应力、脆性材料：在二轴拉伸应力状态下，应采用最大拉应力理论；在复杂应力状态的最大、最小拉应力分别为拉、压时，理论；在复杂应力状态的最大、最小拉应力分别为拉、压时，由于材料的许用拉、压应力不等，宜采用由于材料的许用拉、压应力不等，宜采用摩尔强度理论摩尔强度理论。 3、塑性材料（除三轴拉伸外），宜采用、塑性材料（除三轴拉伸外），宜采用形状改变比能理形状改变比能理论（第四强度理论）论（第四强度理论）和和最大剪应力理论（第三强度理论）。最大剪应力理论（第三强度理论）。 4、三轴压缩状态下，无论是塑性和脆性材料，均采用、三轴压

13、缩状态下，无论是塑性和脆性材料，均采用形状形状改变比能理论。改变比能理论。各种强度理论的适用范围各种强度理论的适用范围由强度理论可从由强度理论可从 推知推知 如纯剪时，由第四强度理论得：如纯剪时，由第四强度理论得： 577. 03二、应用举例二、应用举例强度准则的统一形式：强度准则的统一形式：ssr s ss ss s s s s ss s s s s s s s s s s s s ss s s s s ss s s s s s s ss s s s31rM2132322214r313r3212r11r)()()(21)(yl其中：其中： 例例一一 某结构危险点的应力状态如图所示，其中某结构

14、危险点的应力状态如图所示，其中s s120MPa，t t=60MPa。材料为钢，许用应力。材料为钢，许用应力s s=170MPa，试校核此结构是，试校核此结构是否安全。否安全。t ts s解：解： t t s s s s s s s st t s s s s s s2232221421204212 钢材在这种应力状态下会发生屈服失效，故可采用第三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：和第四强度理论作强度计算。两种理论的相当应力分别为：MPa7 .169422313tssssrMPa7 .1583)()()(2122213232221

15、4tssssssssr两者均小于两者均小于s s=170MPa。可见，无论采用第三或是。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。第四强度理论进行强度校核，该结构都是安全的。主应力为主应力为: 例例二二 等厚钢制薄壁圆筒如图所示，其平均直径等厚钢制薄壁圆筒如图所示，其平均直径d=100cm，筒内液体压强筒内液体压强p=3.6MPa。材料的许用应力。材料的许用应力s s=160MPa，试设，试设计圆筒的壁厚。计圆筒的壁厚。t4pdx s s s s pdL)Lt(2:0Ytdtpxyzs sxLzyxs stp s s 4dpdt:0X2xt2pdt s ss sxs s

16、t03x2t1 s ss s s ss s s s， 在在dt的条件下，的条件下，p与与s st相比很小可略去不相比很小可略去不计，故主应力为：计，故主应力为：钢材在这种应力状态下会发生屈服失效钢材在这种应力状态下会发生屈服失效按第四强度理论有：按第四强度理论有： mm75. 9160410006 . 33pd43t s s )t2pd()t4pd()t4pdt2pd(21222s s 可以看出，第三强度理论较第四强度理论可以看出，第三强度理论较第四强度理论偏向安全一方。偏向安全一方。 t2pd31s s s s s smm25.11160210006 . 3 2pdt s s 按第三强度理论有：按第三强度理论有： 例例三三 图示一图示一T型截面的铸铁外伸梁，试用摩尔强度理论校型截面的铸铁外伸梁，试用摩尔强度理论校核核B截面胶板与翼缘交界处的强度。铸铁的抗拉和抗压许用应截面胶板与翼缘交界处的强度。铸铁的抗拉和抗压许用应力分别为力分别为s sl=30MPa，s sy=160MPa。 52208020120zO1m1mB9kNA1m4kNt ts s解：由上图易知，解：由上图易知，B截面：截面：M= 4kNM，Q= 6.5kN。 根据截面尺寸求得：根据截面尺寸求得： 3*z4zcm2 .67Scm763I ，从而算出：从而算出： t t s sMPa86. 22010763102 .