20講材料破壞形式和強度理論ppt課件

1、第二十講 材料破壞形式和強度理論 湖南理工學院曾紀杰 一一 材料失效形式材料失效形式(1)(1)屈屈 服流動）：服流動）： 材料破壞前發(fā)生顯著的塑性變形，破壞材料破壞前發(fā)生顯著的塑性變形，破壞斷面粒子較光滑，且多發(fā)生在最大剪應(yīng)力面斷面粒子較光滑，且多發(fā)生在最大剪應(yīng)力面上，例如低碳鋼拉、扭，鑄鐵壓。上，例如低碳鋼拉、扭，鑄鐵壓。(2)(2)斷斷 裂裂 材料無明顯的塑性變形即發(fā)生斷裂，斷面較粗糙，且多材料無明顯的塑性變形即發(fā)生斷裂，斷面較粗糙，且多發(fā)生在垂直于最大正應(yīng)力的截面上，如鑄鐵受拉、扭，低溫發(fā)生在垂直于最大正應(yīng)力的截面上，如鑄鐵受拉、扭，低溫脆斷等。脆斷等。 (3)(3)溫度的影響；應(yīng)力的

2、影響溫度的影響；應(yīng)力的影響二二 基本變形下強度條件直接比較）基本變形下強度條件直接比較）max,maxAFN（拉壓）（拉壓）maxmaxWM（彎曲）（彎曲）*maxzzsbISF（剪切）（剪切）（改動）（改動）maxpnWM（正應(yīng)力強度條件）（正應(yīng)力強度條件）（剪應(yīng)力強度條件）（剪應(yīng)力強度條件）式中式中,n為極限應(yīng)力為極限應(yīng)力n為極限應(yīng)力為極限應(yīng)力（通過試驗測定）（通過試驗測定）基本變形下的強度條件為什么可以這樣建立？由于(1)構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)比較簡單單向應(yīng)力狀態(tài)純剪應(yīng)力狀態(tài)(2)用接近這類構(gòu)件受力情況的試驗裝置測定極限應(yīng)力值比較容易實現(xiàn)。復雜應(yīng)力狀態(tài)下的強度條件是什么？怎樣建立？xxyy它的

3、強度條件是： x、y 嗎？ x、y實踐證明：強度與、均有關(guān)，相互影響例：易剪斷 不易剪斷就象推動某物一樣：易動 不易動 強度與強度與xx、yy、z (1z (1223)3)間的比例有關(guān)間的比例有關(guān)1=2=0 1=2=3 單向壓縮，極易破壞 三向均有受壓，極難破壞石材123那么，復雜應(yīng)力狀態(tài)下的強度條件怎樣建立？由于由于(1)(1)復雜應(yīng)力狀態(tài)各式各樣，無窮多種；復雜應(yīng)力狀態(tài)各式各樣，無窮多種； (2)(2)實驗無窮無盡，不可能完成；實驗無窮無盡，不可能完成；(3)(3)有些復雜應(yīng)力狀態(tài)的實驗，技術(shù)上難以實現(xiàn)有些復雜應(yīng)力狀態(tài)的實驗，技術(shù)上難以實現(xiàn)長期以來，隨著生產(chǎn)和實踐的發(fā)展，大量工程構(gòu)件強度失

4、效的實例和材料失效的實驗結(jié)果表明：雖然復雜應(yīng)力狀態(tài)各式各樣，但是材料在復雜應(yīng)力狀態(tài)下的強度失效的形式卻是共同的，而且是有限的無論應(yīng)力狀態(tài)多么復雜，資料在常溫靜載作用下的主要發(fā)生兩種強度失效形式：一種是斷裂，另一種是屈服。強度理論的概念強度理論的概念何謂強度理論？何謂強度理論？根據(jù)材料在不同應(yīng)力狀態(tài)下強度失效共同原因的假根據(jù)材料在不同應(yīng)力狀態(tài)下強度失效共同原因的假說，利用單向拉伸的實驗結(jié)果，建立復雜應(yīng)力狀態(tài)下的說，利用單向拉伸的實驗結(jié)果，建立復雜應(yīng)力狀態(tài)下的強度條件，這就是強度理論。強度條件，這就是強度理論。 關(guān)于斷裂的強度理論關(guān)于斷裂的強度理論 最大拉應(yīng)力理論第一強度理論）最大拉應(yīng)力理論第一強

5、度理論） 最大拉應(yīng)變理論第二強度理論）最大拉應(yīng)變理論第二強度理論） 關(guān)于屈服的強度理論關(guān)于屈服的強度理論 最大切應(yīng)力理論第三強度理論）最大切應(yīng)力理論第三強度理論） 形狀改變比能理論第四強度理論）形狀改變比能理論第四強度理論） 莫爾理論莫爾理論三三 常用的強度理論常用的強度理論1 最大拉應(yīng)力理論第一強度理論） 無論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)無論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài),只要發(fā)生脆性斷裂只要發(fā)生脆性斷裂,都是由都是由于微元內(nèi)的最大拉應(yīng)力達到了一個共同的極限值。于微元內(nèi)的最大拉應(yīng)力達到了一個共同的極限值。 omaxmaxb1 bb1n即即 11r1 1、未考慮另外二個主應(yīng)力影響，、未考慮另外二個主應(yīng)力影響，2

6、 2、對沒有拉應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)無法應(yīng)用，、對沒有拉應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)無法應(yīng)用，3 3、對塑性材料的破壞無法解釋，、對塑性材料的破壞無法解釋，4 4、無法解釋三向均壓時，既不屈服、也不破、無法解釋三向均壓時，既不屈服、也不破 壞的現(xiàn)象。壞的現(xiàn)象。實驗表明：此理論對于大部分脆性材料受拉應(yīng)力作用，實驗表明：此理論對于大部分脆性材料受拉應(yīng)力作用，結(jié)果與實驗相符合，如鑄鐵受拉、扭。結(jié)果與實驗相符合，如鑄鐵受拉、扭。2 最大拉應(yīng)變理論第二強度理論）1 無論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)無論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài),只要發(fā)生脆性斷裂只要發(fā)生脆性斷裂,都是由于都是由于微元內(nèi)的最大拉應(yīng)變微元內(nèi)的最大拉應(yīng)變 （線變形達到簡單拉伸時材

7、料的極限（線變形達到簡單拉伸時材料的極限應(yīng)變值。應(yīng)變值。 11實驗表明：此理論對于一拉一壓的二向應(yīng)力狀態(tài)的脆實驗表明：此理論對于一拉一壓的二向應(yīng)力狀態(tài)的脆性材料的斷裂較符合，如鑄鐵受拉壓比第一強度理論性材料的斷裂較符合，如鑄鐵受拉壓比第一強度理論更接近實際情況。更接近實際情況。nEEb/)(1321即即)(3212r局限性：1 1、第一強度理論不能解釋的問題，未能解決，、第一強度理論不能解釋的問題，未能解決，2 2、在二向或三向受拉時，、在二向或三向受拉時， )(3212r11r似乎比單向拉伸時更安全，但實驗證明并非如此。似乎比單向拉伸時更安全，但實驗證明并非如此。31maxs屈服條件：強度條件：實驗表明：此理論對于塑性材料的屈服破壞能夠得到較為滿意的解釋。并能解釋材料在三向均壓下不發(fā)生塑性變形或斷裂的事實。)0(max 2、不能解釋三向均拉下可能發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，、不能解釋三向均拉下可能發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，3 3、不適用于脆性材料的破壞。、不適用于脆性材料的破壞。 1 1、未考慮、未考慮 的影響，試驗證實最大影響達的影響，試驗證實最大影響達15%15%。20dduu213232221d)()()(61Eu屈服條件：2s0d31Eus213232221)()()(2