第08章 失效分析与强度准则(2015-1版)

1、材料力学材料力学第八章第八章 失效分析与强度准则失效分析与强度准则8. .1 概述概述8. .2 断裂准则断裂准则8. .3 屈服准则屈服准则8. .4 莫尔准则莫尔准则8. .5 屈服准则的比较屈服准则的比较* *8. .6 应用举例应用举例第八章第八章 失效分析与强度准则失效分析与强度准则8. .1 概述概述一、失效的概念一、失效的概念二、强度失效的两种形式二、强度失效的两种形式三、强度准则的概念三、强度准则的概念8. .1 概述概述一、失效的概念一、失效的概念 刚度失效刚度失效 失稳失效失稳失效 疲劳失效疲劳失效 失效失效构件的失效形式：构件的失效形式： 强度失效强度失效材料的断裂与屈服

2、材料的断裂与屈服构件产生过大的弹性变形构件产生过大的弹性变形构件平衡状态的改变构件平衡状态的改变构件在交变应力作用下的突然断裂构件在交变应力作用下的突然断裂构件失去应有承载能力的现象构件失去应有承载能力的现象8. .1 概述概述二、强度失效的两种形式二、强度失效的两种形式 屈服屈服 断裂断裂材料失去抵抗材料失去抵抗变形变形能力的现象能力的现象材料失去抵抗材料失去抵抗承载承载能力的现象能力的现象8. .1 概述概述 对于四种基本变形，已建立了两个对于四种基本变形，已建立了两个强度条件强度条件： maxmax max ssn bbn max二、强度失效的两种形式二、强度失效的两种形式 ssn bb

3、n 1. .单向应力状态单向应力状态2. .纯剪切应力状态纯剪切应力状态对于塑性材料对于塑性材料对于脆性材料对于脆性材料对于塑性材料对于塑性材料对于脆性材料对于脆性材料8. .1 概述概述 对于四种基本变形，对于四种基本变形， smax smax 二、强度失效的两种形式二、强度失效的两种形式1. .单向应力状态单向应力状态2. .纯剪切应力状态纯剪切应力状态bmax 对于塑性材料对于塑性材料对于脆性材料对于脆性材料对于塑性材料对于塑性材料对于脆性材料对于脆性材料屈服判据屈服判据断裂判据断裂判据屈服判据屈服判据断裂判据断裂判据bmax 即已建立了如下即已建立了如下失效判据失效判据： 上述判据都是

4、建立在试验基础上的上述判据都是建立在试验基础上的 max max8. .1 概述概述 在复杂应力状态下，材料的失效形式不仅与每个主在复杂应力状态下，材料的失效形式不仅与每个主应力的大小有关，还与主应力的组合有关。应力的大小有关，还与主应力的组合有关。 .ptDA 1 2 三个主应力的组合情况是多种多样的三个主应力的组合情况是多种多样的很难用试验方法建立复杂应力状态下的强度失效判据很难用试验方法建立复杂应力状态下的强度失效判据二、强度失效的两种形式二、强度失效的两种形式例如：例如：FFtpD21 2412 tpD03 DtF 8. .1 概述概述三、强度准则的概念三、强度准则的概念引起材料强度失

5、效的因素：引起材料强度失效的因素： 危险点的危险点的应力应力、应变应变或或比能比能强度准则强度准则根据材料的根据材料的强度失效强度失效现象，提出合理的现象，提出合理的假设假设，利用，利用简单拉伸的试验结果简单拉伸的试验结果，建立，建立复杂应力状态下的强度条件复杂应力状态下的强度条件。( (强度理论强度理论) )第八章第八章 失效分析与强度准则失效分析与强度准则8. .2 断裂准则断裂准则一、断裂失效的三种形式一、断裂失效的三种形式二、最大拉应力准则二、最大拉应力准则三、最大伸长线应变准则三、最大伸长线应变准则8. .2 断裂准则断裂准则一、断裂失效的三种形式一、断裂失效的三种形式 1. .脆性

6、材料的断裂脆性材料的断裂 2. .含裂纹或缺陷构件的断裂含裂纹或缺陷构件的断裂 3. .渐进断裂渐进断裂( (疲劳断裂疲劳断裂) )8. .2 断裂准则断裂准则二、二、最大拉应力准则最大拉应力准则( (第一强度准则第一强度准则) )该准则该准则认为：认为：最大拉应力是引起断裂的主要原因最大拉应力是引起断裂的主要原因即认为即认为：断裂判据：断裂判据：b1 强度准则：强度准则：1 bbn 无论材料处于什么应力状态，只要无论材料处于什么应力状态，只要最大最大拉拉应力应力达到单向拉伸时的抗拉强度，材料就会发生脆达到单向拉伸时的抗拉强度，材料就会发生脆性断裂。性断裂。8. .2 断裂准则断裂准则三、三、

7、最大伸长线应变准则最大伸长线应变准则( (第二强度准则第二强度准则) )该准则该准则认为：认为：最大伸长线应变是引起断裂的主要原因最大伸长线应变是引起断裂的主要原因即认为即认为：断裂判据：断裂判据：u1 EEb u32111)(无论材料处于什么应力状态，只要无论材料处于什么应力状态，只要最大最大伸长伸长线线应变达到单向拉伸时的极限应变，材料就会发应变达到单向拉伸时的极限应变，材料就会发生脆性断裂。生脆性断裂。8. .2 断裂准则断裂准则三、三、最大伸长线应变准则最大伸长线应变准则( (第二强度准则第二强度准则) )该准则该准则认为：认为：最大伸长线应变是引起断裂的主要原因最大伸长线应变是引起断

8、裂的主要原因即认为即认为：断裂判据：断裂判据：强度准则：强度准则：321 )( b321 )(无论材料处于什么应力状态，只要无论材料处于什么应力状态，只要最大最大伸长伸长线线应变达到单向拉伸时的极限应变，材料就会发应变达到单向拉伸时的极限应变，材料就会发生脆性断裂。生脆性断裂。第八章第八章 失效分析与强度准则失效分析与强度准则8. .3 屈服准则屈服准则一、最大切应力准则一、最大切应力准则二、形状改变比能准则二、形状改变比能准则8. .3 屈服准则屈服准则一、一、最大切应力准则最大切应力准则( (第三强度准则第三强度准则) )该准则该准则认为：认为：最大切应力是引起屈服的主要原因最大切应力是引

9、起屈服的主要原因即认为即认为：屈服判据：屈服判据：2smax 强度准则：强度准则：231max 31 s31 无论材料处于什么应力状态，只要无论材料处于什么应力状态，只要最大切应力最大切应力达到单向拉伸屈服时所对应的最大切应力值，达到单向拉伸屈服时所对应的最大切应力值，材料就会发生塑性屈服。材料就会发生塑性屈服。( (Tresca屈服准则屈服准则) )8. .3 屈服准则屈服准则二、二、形状改变比能准则形状改变比能准则( (第四强度准则第四强度准则) )该准则该准则认为：认为：形状改变比能是引起屈服的主要原因形状改变比能是引起屈服的主要原因即认为即认为：屈服判据：屈服判据：fufuu 6121

10、3232221f )()()( Eu 2612sfu)( Eu 无论材料处于什么应力状态，只要无论材料处于什么应力状态，只要形状改变比形状改变比能达到单向拉伸屈服时所对应的形状改变比能能达到单向拉伸屈服时所对应的形状改变比能值，材料就会发生塑性屈服。值，材料就会发生塑性屈服。( (Mises屈服准则屈服准则) )8. .3 屈服准则屈服准则强度准则：强度准则：s21323222121 )()()(21 213232221 )()()(二、二、形状改变比能准则形状改变比能准则( (第四强度准则第四强度准则) )该准则该准则认为：认为：形状改变比能是引起屈服的主要原因形状改变比能是引起屈服的主要原

11、因即认为即认为：屈服判据：屈服判据：无论材料处于什么应力状态，只要无论材料处于什么应力状态，只要形状改变比形状改变比能达到单向拉伸屈服时所对应的形状改变比能能达到单向拉伸屈服时所对应的形状改变比能值，材料就会发生塑性屈服。值，材料就会发生塑性屈服。( (Mises屈服准则屈服准则) )第八章第八章 失效分析与强度准则失效分析与强度准则8. .4 莫尔准则莫尔准则一、莫尔准则一、莫尔准则8. .4 莫尔准则莫尔准则 当材料的当材料的抗拉强度与抗压强度不相等抗拉强度与抗压强度不相等时，时， 当当 t = = c = = 时：时：t3ct1 31 一、一、莫尔准则莫尔准则强度准则为：强度准则为：第八

12、章第八章 失效分析与强度准则失效分析与强度准则8. .6 应用举例应用举例一、强度准则的适用范围一、强度准则的适用范围二、强度准则的统一形式二、强度准则的统一形式三、应用举例三、应用举例8. .6 应用举例应用举例一、强度准则的适用范围一、强度准则的适用范围 断裂准则断裂准则：通常适用于通常适用于脆性材料脆性材料 屈服准则屈服准则： 当为三向当为三向拉拉应力状态且三个拉应力应力状态且三个拉应力数值接近数值接近时，时，通常适用于通常适用于塑性材料塑性材料 当为三向当为三向压压应力状态且三个压应力应力状态且三个压应力数值接近数值接近时，时，但是，但是，采用采用断裂准则断裂准则采用采用屈服准则屈服准

13、则8. .6 应用举例应用举例二、强度准则的统一形式二、强度准则的统一形式式中式中 ri是主应力的某种组合，是主应力的某种组合，称为称为相当应力相当应力，即，即ri 11r )(3212r 313r )()()(2132322214r21 3ct1rM 8. .6 应用举例应用举例特例特例：对于平面应力状态对于平面应力状态xxxyxyyxyx02222231 xyxx主应力：主应力：相当应力：相当应力： 4223rxyx 224r3xyx 8. .6 应用举例应用举例三、应用举例三、应用举例8. .6 应用举例应用举例例例4 工字形截面简支梁由三根钢板焊接而成，已知工字形截面简支梁由三根钢板焊

14、接而成，已知: : =170MPa， =100MPa。试全面校核该梁的强度。试全面校核该梁的强度。解：解：420F=200kNF4202.5mDCAB1. .确定危险截面确定危险截面8.512028014z14200kN200kNFQ84kN m.M危险截面：危险截面：C截面的左邻截面的左邻D截面的右邻截面的右邻8. .6 应用举例应用举例2. .正应力校核正应力校核zIyMmaxmaxmax MPa 108 . 07140108466 MPa 166 4323mm 122525 . 81412013312141202 zI46mm 108 .70 例例4 工字形截面简支梁由三根钢板焊接而成，

15、已知工字形截面简支梁由三根钢板焊接而成，已知: : =170MPa， =100MPa。试全面校核该梁的强度。试全面校核该梁的强度。解：解：8.512028014z14420F=200kNF4202.5mDCAB200kN200kNFQ84kN m.M8. .6 应用举例应用举例3. .切应力校核切应力校核46mm 108 .70 zIbISFzz*maxmaxQmax MPa 5 . 8108 . 071029110200633 MPa 6 .96 3*maxmm 22522122525 . 813314120 zS33mm 10291 例例4 工字形截面简支梁由三根钢板焊接而成，已知工字形截

16、面简支梁由三根钢板焊接而成，已知: : =170MPa， =100MPa。试全面校核该梁的强度。试全面校核该梁的强度。解：解：8.512028014z14420F=200kNF4202.5mDCAB200kN200kNFQ84kN m.M8. .6 应用举例应用举例4. .主应力校核主应力校核46mm 108 .70 zI例例4 工字形截面简支梁由三根钢板焊接而成，已知工字形截面简支梁由三根钢板焊接而成，已知: : =170MPa， =100MPa。试全面校核该梁的强度。试全面校核该梁的强度。解：解：8.512028014z14420F=200kNF4202.5mDCAB200kN200kNFQ84kN m.M8. .6 应用举例应用举例例4（4.主应力校核）420F=200kNF4202.5mDCABzECEIyM MPa 108 . 07126108466 E MPa 5 .149 E 3*mm 13314120 zES33*mm 10223 zESEzzECEbISF*Q MPa 5 . 8108 . 071022310200633 E MPa 1 .74 E EEEE例例4 工字形截面简支梁由三根钢板焊接而成，