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1、强度失效形式：脆性断裂：是指材料经过弹性变形后只发生很小塑性变形或无塑性变形时就突然断裂的现象。塑性屈服：是指材料通过弹性变形后发生显著的塑性变形，从而使构件的形状发生不良的永久变形。第1页/共16页 建立一般应力状态下强度失效判据与设计准则的思路：假设失效的共同原因，从而建立失效判据，以及相应的设计准则，以保证所设计的工程构件或工程结构不发生失效，并且具有一定的安全裕度。第2页/共16页二、失效准则二、失效准则最大拉应力理论最大拉应力理论（无裂纹体脆性断裂准则、（无裂纹体脆性断裂准则、第一强度理论）第一强度理论）该理论该理论不论材料处于什么应力状态，引起材料脆性断裂不论材料处于什么应力状态，
2、引起材料脆性断裂破坏的主要原因是最大拉应力，并认为当复杂应力状态的最破坏的主要原因是最大拉应力，并认为当复杂应力状态的最大拉应力达到单向应力状态破坏时的最大拉应力时，材料便大拉应力达到单向应力状态破坏时的最大拉应力时，材料便发生断裂破坏。由此，材料的断裂判据为发生断裂破坏。由此，材料的断裂判据为第3页/共16页 最大切应力准则（塑性屈服准则、最大切应力准则（塑性屈服准则、第三强度理论第三强度理论）该理论认为材料发生塑性屈服破坏是由最大切应力引起该理论认为材料发生塑性屈服破坏是由最大切应力引起的：复杂应力状态下，当最大切应力的：复杂应力状态下，当最大切应力 maxmax达到单向拉伸达到单向拉伸时
3、发时发生塑性屈服破坏的最大切应力生塑性屈服破坏的最大切应力 S S 时，材料时，材料发生塑性屈服破坏，发生塑性屈服破坏，即屈服条件为即屈服条件为第4页/共16页畸变能密度理论（塑性屈服准则、第四强度理论）畸变能密度理论（塑性屈服准则、第四强度理论）该理论认为材料发生塑性屈服破坏是由畸变能密度引起该理论认为材料发生塑性屈服破坏是由畸变能密度引起的：复杂应力状态下，当畸变能密度的：复杂应力状态下，当畸变能密度v vd d 达到单向拉伸达到单向拉伸时发生时发生塑性屈服破坏的畸变能密度塑性屈服破坏的畸变能密度v vd d，材料，材料发生塑性屈服破坏。发生塑性屈服破坏。相关理论分析可得三向应力状态下的畸
4、变能密度为相关理论分析可得三向应力状态下的畸变能密度为单向拉伸至屈服时，单向拉伸至屈服时，代入上式得到单向拉伸至屈服时的畸变能密度为代入上式得到单向拉伸至屈服时的畸变能密度为第5页/共16页按照畸变能密度理论，屈服判据为按照畸变能密度理论，屈服判据为第6页/共16页 为保证完成其正常功能，所设计的结构或构件为保证完成其正常功能，所设计的结构或构件 必须具有适当的强度和刚度。必须具有适当的强度和刚度。强度强度强度强度 结构或构件抵抗破坏的能力结构或构件抵抗破坏的能力 承担预定的载荷而不发生破坏，则强度足够。承担预定的载荷而不发生破坏，则强度足够。所有的构件所有的构件(不允许破坏机械、结构不允许破
5、坏机械、结构;需要破坏时，如剪板、冲孔、安全堵等需要破坏时，如剪板、冲孔、安全堵等),都有必要的强度要求。都有必要的强度要求。三三.强度设计准则及其适用范围强度设计准则及其适用范围第7页/共16页结构结构结构结构/构件强度的控制参量是应力构件强度的控制参量是应力构件强度的控制参量是应力构件强度的控制参量是应力。工作应力：工作应力：构件在可能受到的最大工作载荷作用下的应力。构件在可能受到的最大工作载荷作用下的应力。(由力学分析计算得到由力学分析计算得到由力学分析计算得到由力学分析计算得到 )极限应力：极限应力：s、b 材料可以承受的强度指标。材料可以承受的强度指标。塑性材料：塑性材料：s；脆性材
6、料：脆性材料：b (通过材料力学性能的实验得到通过材料力学性能的实验得到通过材料力学性能的实验得到通过材料力学性能的实验得到 )s 塑性材料塑性材料 b 脆性材料脆性材料强度判据强度判据：(作用作用作用作用 抗力抗力抗力抗力 )结构或构件的工作应力结构或构件的工作应力 材料的极限应力材料的极限应力第8页/共16页依据强度判据，将工作应力限制在极限应力内，还不足以保证依据强度判据，将工作应力限制在极限应力内，还不足以保证依据强度判据，将工作应力限制在极限应力内，还不足以保证依据强度判据，将工作应力限制在极限应力内，还不足以保证结构或构件的安全。因为还有误差：结构或构件的安全。因为还有误差：结构或
7、构件的安全。因为还有误差：结构或构件的安全。因为还有误差：1)力学分析的可能误差力学分析的可能误差 包括载荷估计；分析、简化和计算误差；尺寸制包括载荷估计；分析、简化和计算误差；尺寸制 造误差等。造误差等。2)材料强度指标的误差材料强度指标的误差 包括实验误差，材料的固有分散性误差等。包括实验误差，材料的固有分散性误差等。3)不可预知的其他误差不可预知的其他误差 偶然超载，制造损伤，工作与实验条件不同等。偶然超载，制造损伤，工作与实验条件不同等。因此，实际因此，实际许用应力许用应力许用应力许用应力 为：为：s/n /n 或或 b/n/n 安全系数安全系数安全系数安全系数 n1，故极限应力大于许
8、用应力。，故极限应力大于许用应力。将极限应力与许用应力之差作为安全储备。将极限应力与许用应力之差作为安全储备。第9页/共16页 强度准则的统一形式：强度准则的统一形式：r 称为称为计算应力计算应力第10页/共16页强度理论的选用强度理论的选用一般情况下：脆性材料，选择断裂准则；一般情况下：脆性材料，选择断裂准则；塑性材料，宜采用屈服准则。塑性材料，宜采用屈服准则。特殊情况下：三向受拉时，不论是脆性材料还是塑特殊情况下：三向受拉时，不论是脆性材料还是塑 性材料，选用最大拉应力准则；性材料，选用最大拉应力准则；三向压缩时，不论是脆性材料还是塑三向压缩时，不论是脆性材料还是塑 性材料，选用屈服准则。
9、性材料，选用屈服准则。第11页/共16页例：已知铸铁构件上危险点处的应力状态。若铸铁例：已知铸铁构件上危险点处的应力状态。若铸铁拉伸许用应力为拉伸许用应力为 ，试效核该点处的强试效核该点处的强度是否安全。度是否安全。解：铸铁在这种应力状态下，解：铸铁在这种应力状态下，可能发生脆性断裂，可能发生脆性断裂，采用最大拉应力准则。采用最大拉应力准则。解：铸铁在这种应力状态下，解：铸铁在这种应力状态下，可能发生脆性断裂，可能发生脆性断裂，采用最大拉应力准则。采用最大拉应力准则。第12页/共16页例：某结构上危险点处的应力状态如图所示，其中例：某结构上危险点处的应力状态如图所示，其中 。材料为钢，许用应力
10、。材料为钢，许用应力 。试效核此结构是否安全。试效核此结构是否安全。解：钢材在这种应力状态下，解：钢材在这种应力状态下，可能发生屈服，可能发生屈服，采用最大切应力或畸变能密度准则。采用最大切应力或畸变能密度准则。解：钢材在这种应力状态下，解：钢材在这种应力状态下，可能发生屈服，可能发生屈服，采用最大切应力或畸变能密度准则。采用最大切应力或畸变能密度准则。第13页/共16页例：承受内压的圆柱形薄壁容器，已知内压例：承受内压的圆柱形薄壁容器，已知内压p=1.5MPa,p=1.5MPa,平均直径平均直径D=1mD=1m，材料为钢，其许用应力，材料为钢，其许用应力 ,试按最大切应力准则设计此容器的试按最大切应力准则设计此容器的壁厚壁厚第14页/共16页例：钢制机器零件中危险点处的应力状态如图所示。例：钢制机器零件中危险点处的应力状态如图所示。已知材料的屈服应力已知材料的屈服应力 。试按以下二准则。试按以下二准则确定该零件的安全因数：确定该零件的安全因数：（1 1）最大切应力准则）最大切应力准则（2 2）畸变能密度准则）畸变能密度准则第15页/共16页感谢您的观看。第16页/共16页