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1、第第7 7章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则7-1 单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为 弹性行为弹性行为 屈服行为屈服行为 断裂行为断裂行为 硬化与软化行为硬化与软化行为 拉延行为拉延行为 卸载与重新加载行为卸载与重新加载行为 三种拉伸应力三种拉伸应力-应变曲线应变曲线 单向压缩应力状态下材料的力学行为单向压缩应力状态下材料的力学行为 单向应力状态下材料的失效判据单向应力状态下材料的失效判据第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与
2、设计准则单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为 三三种种拉拉伸伸应应力力应应变变曲曲线线脆脆性性材材料料第第1212章章 失效分析与设计准则失效分析与设计准则单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为韧性金属材料韧性金属材料第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 三三种种拉拉伸伸应应力力应应变变曲曲线线单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为聚合物聚合物
3、第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 三三种种拉拉伸伸应应力力应应变变曲曲线线单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为 屈屈服服行行为为0.2条件屈服应力条件屈服应力塑性应变塑性应变等于等于0。2时的应力值时的应力值第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为 屈屈服服行行为为0.2条件屈服应力条件屈服应力塑性应变塑性应变等于等于0。2时的应力值时的应力值第第7 7章章
4、 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 硬硬化化与与软软化化行行为为单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 硬硬化化与与软软化化行行为为单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 断断裂裂行行为为单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第7 7章章
5、 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则强度指标强度指标(失效应力失效应力失效应力失效应力)韧性材料韧性材料韧性材料韧性材料oS 脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料ob韧性指标韧性指标单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为脆性材料韧性金属材料第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则延伸率延伸率单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为 卸卸载载与与重重新新加加载载行行为为卸载卸载第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效
6、分析与设计准则单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为 卸卸载载与与再再加加载载行行为为再加载再加载第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为 单单向向压压缩缩应应力力状状态态下下 材材料料的的力力学学行行为为 第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为 单单向
7、向压压缩缩应应力力状状态态下下 材材料料的的力力学学行行为为 第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则7-27-2 失效的概念与分类失效的概念与分类材料的力学行为使构件丧式正常功能的现象构件失效失效分类失效分类强度失效强度失效刚度失效刚度失效屈曲失效屈曲失效疲劳失效疲劳失效蠕变失效蠕变失效松弛失效松弛失效 单向应力状态下单向应力状态下 材料的失效判据材料的失效判据单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料
8、的力学行为材料的力学行为韧性材料韧性材料脆性材料脆性材料第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则max=bmax=s第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则难难 点点 应力状态的多样性应力状态的多样性 试验的复杂性试验的复杂性 不可能性与可能性不可能性与可能性7-3 强度失效判据与设计准则第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则7-3 强度失效分析与设计准则 对于相同的失效形式建立失效原因对于相同的失效形式建立失效原因对于相同的失效形式建立失效原因对于相同的失效形式建立失效原因假说的可能性；假说的可能性；假说的可能性；假说的可能性；利
9、用拉伸试验的结果建立复杂应力利用拉伸试验的结果建立复杂应力利用拉伸试验的结果建立复杂应力利用拉伸试验的结果建立复杂应力 状态下的失效判据状态下的失效判据状态下的失效判据状态下的失效判据 不可能性与可能性不可能性与可能性第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则常温静载下的失效静载下的失效(1)屈屈 服服(2)断断 裂裂无裂纹体无裂纹体含裂纹体含裂纹体 强度失效强度失效(Failure by Lost Strength)由于由于断裂断裂(Rupture)或或屈服屈服(Yield)引起的失效引起的失效第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则7-4屈服准则屈服准
10、则(Criteria of Yield)最大切应力准则最大切应力准则(Trescas Criterion)无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态,只要发生只要发生屈服屈服,都是由于微元内的最大切应力达到都是由于微元内的最大切应力达到了某一共同的极限值。了某一共同的极限值。第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 最大切应力准则最大切应力准则(Trescas Criterion)Trescas Criterion)无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态,只要发生屈只要发生屈只要发生屈只要发生屈服服服服,都是由
11、于微元内的最大切应力达到了某都是由于微元内的最大切应力达到了某都是由于微元内的最大切应力达到了某都是由于微元内的最大切应力达到了某一共同的极限值。一共同的极限值。一共同的极限值。一共同的极限值。123=s第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则123=s失效判据失效判据设计准则设计准则 最大切应力准则最大切应力准则第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则失效判据失效判据第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 屈服准则屈服准则(Criteria of Yield)形状改变比能准则形状改变比能准则(Misess Misess Crite
12、rion)Criterion)无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态,只要发生只要发生只要发生只要发生屈服屈服屈服屈服,都是由于微元的形状改变比能达到一都是由于微元的形状改变比能达到一都是由于微元的形状改变比能达到一都是由于微元的形状改变比能达到一个共同的极限值个共同的极限值个共同的极限值个共同的极限值。第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 屈服准则屈服准则(Criteria of Yield)形状改变比能准则形状改变比能准则(Misess Misess Criterion)Criterion)无论材料处于什么应
13、力状态无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态,只要发生只要发生只要发生只要发生屈服屈服屈服屈服,都是由于微元的形状改变比能达到一都是由于微元的形状改变比能达到一都是由于微元的形状改变比能达到一都是由于微元的形状改变比能达到一个共同的极限值个共同的极限值个共同的极限值个共同的极限值。第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则形状改变比能准则形状改变比能准则123=s第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则形状改变比能准则形状改变比能准则失效判据失效判据设计准则设计准则第7章 强度失效分析与设计准则平面应力状态下畸变能准则的几
14、何表示第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 断裂准则断裂准则(Criteria of Fracture)无裂纹体的断裂准则无裂纹体的断裂准则最大拉应力准则最大拉应力准则(Maximum Tensile-Stress Criterion)无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态,只要产生只要产生 脆性断裂脆性断裂,都是由于微元最大拉力达到了都是由于微元最大拉力达到了一个共同的极限值。一个共同的极限值。第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则123=b 无裂纹体的断裂准则无裂纹体的断裂准则最大拉应力准则最大拉应力准则第第7 7章章 强度强度失效分
15、析与设计准则失效分析与设计准则 无裂纹体的断裂准则无裂纹体的断裂准则最大拉应力准则最大拉应力准则失效判据失效判据设计准则设计准则第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 带裂纹体的断裂准则带裂纹体的断裂准则 线性断裂力学准则线性断裂力学准则 裂纹尖端的应力集中裂纹尖端的应力集中 韧性材料脆性断裂韧性材料脆性断裂第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 应力集中应力集中应力集中因数应力集中因数 K=max/avg第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则应力集中因数应力集中因数 K第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准
16、则 裂纹尖端的应力集中裂纹尖端的应力集中2 arxy名义应力名义应力，Singularity第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 线性断裂力学判据线性断裂力学判据 KI=KIC KI应力强度因子应力强度因子应力强度因子应力强度因子 KIC断裂韧性断裂韧性断裂韧性断裂韧性(由实验确定由实验确定由实验确定由实验确定)经典准则不再适用经典准则不再适用 应力集中区域内材料处于三向拉伸应力集中区域内材料处于三向拉伸应力集中区域内材料处于三向拉伸应力集中区域内材料处于三向拉伸 应力状态材料由韧性向脆性转变应力状态材料由韧性向脆性转变应力状态材料由韧性向脆性转变应力状态材料由韧性向脆
17、性转变第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 莫尔准则莫尔准则(Mohr Criterion)请同学们自学材料力学教程请同学们自学材料力学教程7-6第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则将设计准则中直接与许用应力将设计准则中直接与许用应力将设计准则中直接与许用应力将设计准则中直接与许用应力 比较的量比较的量比较的量比较的量,称之为计算应力称之为计算应力称之为计算应力称之为计算应力 ri ri 或应力强度或应力强度或应力强度或应力强度 S Si i(最大拉应力准则最大拉应力准则最大拉应力准则最大拉应力准则)(最大切应力准则最大切应力准则最大切应力准则最
18、大切应力准则)(形状改变比能准则形状改变比能准则形状改变比能准则形状改变比能准则)关于计算应力与应力强度关于计算应力与应力强度第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 应用举例应用举例例例 题题 一一已知已知已知已知 ：铸铁构件上铸铁构件上铸铁构件上铸铁构件上 危险点的应力危险点的应力危险点的应力危险点的应力 状态。铸铁拉状态。铸铁拉状态。铸铁拉状态。铸铁拉 伸许用应力伸许用应力伸许用应力伸许用应力 =30MPa=30MPa。试校核试校核试校核试校核该点的强度。该点的强度。该点的强度。该点的强度。第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 应用举例应用举例
19、例例 题题 一一 解：解：解：解：首先根据材料首先根据材料首先根据材料首先根据材料和应力状态确定失效和应力状态确定失效和应力状态确定失效和应力状态确定失效 形式，选择设计准则。形式，选择设计准则。形式，选择设计准则。形式，选择设计准则。脆性断裂，最大拉应力脆性断裂，最大拉应力脆性断裂，最大拉应力脆性断裂，最大拉应力准则准则准则准则 maxmax=1 1 其次确定主应力其次确定主应力第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则例例 题题 一一第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则例例 题题 一一129.28MPa,23.72MPa,30 max=1 =30M
20、Pa结论：强度是安全的。结论：强度是安全的。结论：强度是安全的。结论：强度是安全的。第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 应用举例应用举例例例 题题 二二已知：已知：和和 试写出试写出最大切应力最大切应力 准则准则和和形状改变比形状改变比 能准则能准则的表达式。的表达式。第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则例例 题题 二二解：解：首先确定主应力首先确定主应力3221 24 4 2221 24 4 2120第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则例例 题题 二二对于最大切应力准则对于最大切应力准则r3=1-3=对于形状改变比能准
21、则对于形状改变比能准则r4=24 4 2=23 3 2例题7-5已知：s=250Mpa求：安全系数解：1。求主应力2。最大切应力准则的安全系数3。畸变能准则的安全系数第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 关于失效的几点结论关于失效的几点结论 关于设计准则的应用关于设计准则的应用 失效分析的重要性失效分析的重要性 安全因数的选择安全因数的选择7-8 结论和讨论第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 关于失效的几点结论关于失效的几点结论首先首先,要区分一点要区分一点失效与构件失效失效与构件失效一点一点一点一点失效即构件失效失效即构件失效失效即构件失效失
22、效即构件失效第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 关于失效的几点结论关于失效的几点结论首先首先,要区分材料要区分材料失效与构件失效失效与构件失效第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则一点一点失效并不失效并不意味构件失效意味构件失效第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则第二 要区分构件失效和结构失效第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则韧性材料韧性材料韧性材料韧性材料脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料脆性断裂脆性断裂脆性断裂脆性断裂塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形第三要注意强度第三要注意强度失效不仅与应力失效
23、不仅与应力 大小有关，而且与应力状态有关大小有关，而且与应力状态有关。第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 关于设计准则的应用关于设计准则的应用要注意不同设计准则的适用范围要注意不同设计准则的适用范围 对于大多数对于大多数韧性材料在一般应力状韧性材料在一般应力状态下发生态下发生塑性屈服；塑性屈服；对于大多数脆性对于大多数脆性材料在一般应力状材料在一般应力状态下发生态下发生脆性断裂；脆性断裂；要注意例外。要注意例外。第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则 关于设计准则的应用关于设计准则的应用要注意强度设计的全过程要注意强度设计的全过程要确定构件危险状态、危险截面、要确定构件危险状态、危险截面、危险点，危险点的应力状态。危险点，危险点的应力状态。第第7 7章章 强度强度失效分析与设计准则失效分析与设计准则关于失效准则的应用那一种应力状态下最先发生失效？7-8-5 安全因数的选择n n材料性能的差异材料性能的差异n n加载次数加载次数n n荷载估计准确性荷载估计准确性n n可能失效形式可能失效形式n n分析方法准确性分析方法准确性n n结构工作环境损伤结构工作环境损伤本章作业本章作业第一次 7-6（3），7-7（2），7-9（3）第二次 7-12，7-13，7-16