第08章失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則(2006版)

1、材料力學(xué)材料力學(xué)第八章第八章 失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則8. .1 概述概述8. .2 斷裂準(zhǔn)則斷裂準(zhǔn)則8. .3 屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)則8. .4 莫爾準(zhǔn)則莫爾準(zhǔn)則8. .5 屈服準(zhǔn)則的比較屈服準(zhǔn)則的比較* *8. .6 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例8. .7 雙剪強(qiáng)度準(zhǔn)則雙剪強(qiáng)度準(zhǔn)則* *第八章第八章 失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則8. .1 概述概述一、失效的概念一、失效的概念二、強(qiáng)度失效的兩種形式二、強(qiáng)度失效的兩種形式三、強(qiáng)度準(zhǔn)則的概念三、強(qiáng)度準(zhǔn)則的概念8. .1 概述概述一、失效的概念一、失效的概念 剛度失效剛度失效 失穩(wěn)失效失穩(wěn)失效 疲勞失效疲勞失效 失效失效構(gòu)件的主要失效形式：構(gòu)件

2、的主要失效形式： 強(qiáng)度失效強(qiáng)度失效材料的斷裂與屈服材料的斷裂與屈服構(gòu)件產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形構(gòu)件產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形構(gòu)件平衡狀態(tài)的改變構(gòu)件平衡狀態(tài)的改變構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下的突然斷裂構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下的突然斷裂構(gòu)件失去應(yīng)有承載能力的現(xiàn)象構(gòu)件失去應(yīng)有承載能力的現(xiàn)象8. .1 概述概述二、強(qiáng)度失效的兩種形式二、強(qiáng)度失效的兩種形式 屈服屈服 斷裂斷裂材料失去抵抗材料失去抵抗變形變形能力的現(xiàn)象能力的現(xiàn)象材料失去抵抗材料失去抵抗承載承載能力的現(xiàn)象能力的現(xiàn)象8. .1 概述概述 對(duì)于四種基本變形，已建立了兩個(gè)對(duì)于四種基本變形，已建立了兩個(gè)強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件： maxmax max ssn bbn max二、強(qiáng)度

3、失效的兩種形式二、強(qiáng)度失效的兩種形式 ssn bbn 1. .單向應(yīng)力狀態(tài)單向應(yīng)力狀態(tài)2. .純剪切應(yīng)力狀態(tài)純剪切應(yīng)力狀態(tài)對(duì)于塑性材料對(duì)于塑性材料對(duì)于脆性材料對(duì)于脆性材料對(duì)于塑性材料對(duì)于塑性材料對(duì)于脆性材料對(duì)于脆性材料8. .1 概述概述 對(duì)于四種基本變形，對(duì)于四種基本變形， smax smax 二、強(qiáng)度失效的兩種形式二、強(qiáng)度失效的兩種形式1. .單向應(yīng)力狀態(tài)單向應(yīng)力狀態(tài)2. .純剪切應(yīng)力狀態(tài)純剪切應(yīng)力狀態(tài)bmax 對(duì)于塑性材料對(duì)于塑性材料對(duì)于脆性材料對(duì)于脆性材料對(duì)于塑性材料對(duì)于塑性材料對(duì)于脆性材料對(duì)于脆性材料屈服判據(jù)屈服判據(jù)斷裂判據(jù)斷裂判據(jù)屈服判據(jù)屈服判據(jù)斷裂判據(jù)斷裂判據(jù)bmax 即已建立了

4、如下即已建立了如下失效判據(jù)失效判據(jù)： 上述判據(jù)都是建立在試驗(yàn)基礎(chǔ)上的上述判據(jù)都是建立在試驗(yàn)基礎(chǔ)上的 max max8. .1 概述概述 在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，材料的失效形式不僅與每個(gè)主在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，材料的失效形式不僅與每個(gè)主應(yīng)力的大小有關(guān)，還與主應(yīng)力的組合有關(guān)。應(yīng)力的大小有關(guān)，還與主應(yīng)力的組合有關(guān)。 .ptDA 1 2 三個(gè)主應(yīng)力的組合情況是多種多樣的三個(gè)主應(yīng)力的組合情況是多種多樣的很難用試驗(yàn)方法建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度失效判據(jù)很難用試驗(yàn)方法建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度失效判據(jù)二、強(qiáng)度失效的兩種形式二、強(qiáng)度失效的兩種形式例如：例如：FFtpD21 2412 tpD03 8. .1 概述概述三、強(qiáng)度

5、準(zhǔn)則的概念三、強(qiáng)度準(zhǔn)則的概念引起材料強(qiáng)度失效的因素：引起材料強(qiáng)度失效的因素： 危險(xiǎn)點(diǎn)的危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)力、應(yīng)變應(yīng)變或或應(yīng)變比能應(yīng)變比能強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則根據(jù)材料的根據(jù)材料的強(qiáng)度失效強(qiáng)度失效現(xiàn)象，提出合理的現(xiàn)象，提出合理的假設(shè)假設(shè)，利用，利用簡(jiǎn)單拉伸的試驗(yàn)結(jié)果簡(jiǎn)單拉伸的試驗(yàn)結(jié)果，建立，建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度條件復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度條件。第八章第八章 失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則8. .2 斷裂準(zhǔn)則斷裂準(zhǔn)則一、斷裂失效的三種形式一、斷裂失效的三種形式二、最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則二、最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則三、最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變準(zhǔn)則三、最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變準(zhǔn)則8. .2 斷裂準(zhǔn)則斷裂準(zhǔn)則一、斷裂失效的三種形式一、斷裂失效的

6、三種形式 1. .脆性材料的突然斷裂脆性材料的突然斷裂 2. .含裂紋或缺陷構(gòu)件的斷裂含裂紋或缺陷構(gòu)件的斷裂 3. .漸進(jìn)斷裂（疲勞斷裂）漸進(jìn)斷裂（疲勞斷裂）8. .2 斷裂準(zhǔn)則斷裂準(zhǔn)則二、二、最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則（第一強(qiáng)度準(zhǔn)則）最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則（第一強(qiáng)度準(zhǔn)則）該準(zhǔn)則該準(zhǔn)則認(rèn)為：認(rèn)為：最大拉應(yīng)力是引起斷裂的主要原因最大拉應(yīng)力是引起斷裂的主要原因即認(rèn)為即認(rèn)為：斷裂判據(jù)：斷裂判據(jù)：b1 強(qiáng)度準(zhǔn)則：強(qiáng)度準(zhǔn)則：1 bbn 無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要最大拉應(yīng)力最大拉應(yīng)力達(dá)到單向拉伸時(shí)的抗拉強(qiáng)度，材料就會(huì)發(fā)生脆達(dá)到單向拉伸時(shí)的抗拉強(qiáng)度，材料就會(huì)發(fā)生脆性斷裂。性斷裂。8. .2 斷

7、裂準(zhǔn)則斷裂準(zhǔn)則三、三、最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變準(zhǔn)則（第二強(qiáng)度準(zhǔn)則）最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變準(zhǔn)則（第二強(qiáng)度準(zhǔn)則）該準(zhǔn)則該準(zhǔn)則認(rèn)為：認(rèn)為：最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變是引起斷裂的主要原因最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變是引起斷裂的主要原因即認(rèn)為即認(rèn)為：斷裂判據(jù)：斷裂判據(jù)：Eb1 強(qiáng)度準(zhǔn)則：強(qiáng)度準(zhǔn)則： )(32111 E321 )( b321 )(無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要最大伸長(zhǎng)線最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變達(dá)到單向拉伸時(shí)的極限應(yīng)變，材料就會(huì)發(fā)應(yīng)變達(dá)到單向拉伸時(shí)的極限應(yīng)變，材料就會(huì)發(fā)生脆性斷裂。生脆性斷裂。第八章第八章 失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則8. .3 屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)則一、最大切應(yīng)力準(zhǔn)則一、最大切應(yīng)力準(zhǔn)則二、形狀改

8、變比能準(zhǔn)則二、形狀改變比能準(zhǔn)則8. .3 屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)則一、一、最大切應(yīng)力準(zhǔn)則（第三強(qiáng)度準(zhǔn)則）最大切應(yīng)力準(zhǔn)則（第三強(qiáng)度準(zhǔn)則）該準(zhǔn)則該準(zhǔn)則認(rèn)為：認(rèn)為：最大切應(yīng)力是引起屈服的主要原因最大切應(yīng)力是引起屈服的主要原因即認(rèn)為即認(rèn)為：屈服判據(jù)：屈服判據(jù)：2smax 強(qiáng)度準(zhǔn)則：強(qiáng)度準(zhǔn)則：231max 31 s31 無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要最大切應(yīng)力最大切應(yīng)力達(dá)到單向拉伸屈服時(shí)的切應(yīng)力，材料就會(huì)發(fā)生達(dá)到單向拉伸屈服時(shí)的切應(yīng)力，材料就會(huì)發(fā)生塑性屈服。塑性屈服。8. .3 屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)則二、二、形狀改變比能準(zhǔn)則（第四強(qiáng)度準(zhǔn)則）形狀改變比能準(zhǔn)則（第四強(qiáng)度準(zhǔn)則）該準(zhǔn)則該準(zhǔn)則認(rèn)為

9、：認(rèn)為：形狀改變比能是引起屈服的主要原因形狀改變比能是引起屈服的主要原因即認(rèn)為即認(rèn)為：屈服判據(jù)：屈服判據(jù)：fufuu 6123232221f)()()( Eu 2612sfu)( Eu 無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要形狀改變比形狀改變比能達(dá)到單向拉伸屈服時(shí)形狀改變比能極限值，能達(dá)到單向拉伸屈服時(shí)形狀改變比能極限值，材料就會(huì)發(fā)生塑性屈服。材料就會(huì)發(fā)生塑性屈服。8. .3 屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)則屈服判據(jù)：屈服判據(jù)：強(qiáng)度準(zhǔn)則：強(qiáng)度準(zhǔn)則： s21323222121 )()()( 21 213232221 )()()(即認(rèn)為即認(rèn)為：無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要無(wú)論材料處于什么應(yīng)

10、力狀態(tài)，只要形狀改變比形狀改變比能達(dá)到單向拉伸屈服時(shí)形狀改變比能極限值，能達(dá)到單向拉伸屈服時(shí)形狀改變比能極限值，材料就會(huì)發(fā)生塑性屈服。材料就會(huì)發(fā)生塑性屈服。二、二、形狀改變比能準(zhǔn)則（第四強(qiáng)度準(zhǔn)則）形狀改變比能準(zhǔn)則（第四強(qiáng)度準(zhǔn)則）該準(zhǔn)則該準(zhǔn)則認(rèn)為：認(rèn)為：形狀改變比能是引起屈服的主要原因形狀改變比能是引起屈服的主要原因第八章第八章 失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則8. .4 莫爾準(zhǔn)則莫爾準(zhǔn)則一、莫爾準(zhǔn)則一、莫爾準(zhǔn)則8. .4 莫爾準(zhǔn)則莫爾準(zhǔn)則 當(dāng)材料的當(dāng)材料的抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度不相等抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度不相等時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng) t= = c= = 時(shí)：時(shí)：t3ct1 31 一、一、莫爾準(zhǔn)則莫爾準(zhǔn)則強(qiáng)

11、度準(zhǔn)則為：強(qiáng)度準(zhǔn)則為：第八章第八章 失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則8. .6 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例一、強(qiáng)度準(zhǔn)則的適用范圍一、強(qiáng)度準(zhǔn)則的適用范圍二、強(qiáng)度準(zhǔn)則的統(tǒng)一形式二、強(qiáng)度準(zhǔn)則的統(tǒng)一形式三、應(yīng)用舉例三、應(yīng)用舉例8. .6 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例一、強(qiáng)度準(zhǔn)則的適用范圍一、強(qiáng)度準(zhǔn)則的適用范圍 斷裂準(zhǔn)則斷裂準(zhǔn)則：通常適用于通常適用于脆性材料脆性材料 屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)則： 三向三向拉拉應(yīng)力且數(shù)值接近時(shí)，采用應(yīng)力且數(shù)值接近時(shí)，采用斷裂準(zhǔn)則斷裂準(zhǔn)則通常適用于通常適用于塑性材料塑性材料 三向三向壓壓應(yīng)力且數(shù)值接近時(shí)，采用應(yīng)力且數(shù)值接近時(shí)，采用屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)則8. .6 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例二、強(qiáng)度準(zhǔn)則的統(tǒng)一形式二、強(qiáng)

12、度準(zhǔn)則的統(tǒng)一形式相當(dāng)應(yīng)力相當(dāng)應(yīng)力：ri 11r )(3212r 313r 2132322214r21)()()( 3ct1rM 8. .6 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例特例特例：對(duì)于平面應(yīng)力狀態(tài)對(duì)于平面應(yīng)力狀態(tài)xxxyxyyxyx02222231 xyxx主應(yīng)力：主應(yīng)力：相當(dāng)應(yīng)力：相當(dāng)應(yīng)力： 4223rxyx 224r3xyx 8. .6 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例三、應(yīng)用舉例三、應(yīng)用舉例8. .6 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例例例4 工字形截面簡(jiǎn)支梁由三根鋼板焊接而成，已知工字形截面簡(jiǎn)支梁由三根鋼板焊接而成，已知: : =170MPa， =100MPa。試全面校核該梁的強(qiáng)度。試全面校核該梁的強(qiáng)度。解：解：420F=200kN

13、F4202.5mDCAB1. .確定危險(xiǎn)截面確定危險(xiǎn)截面200kN200kNFQ84kN m.M8.512028014z148. .6 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例2. .正應(yīng)力校核正應(yīng)力校核zIyMmaxmaxmax MPa 108 . 07140108466 MPa 166 4323mm 122525 . 81201413312141202 zI46mm 108 .70 例例4 工字形截面簡(jiǎn)支梁由三根鋼板焊接而成，已知工字形截面簡(jiǎn)支梁由三根鋼板焊接而成，已知: : =170MPa， =100MPa。試全面校核該梁的強(qiáng)度。試全面校核該梁的強(qiáng)度。解：解：420F=200kNF4202.5mDCAB200k

14、N200kNFQ84kN m.M8.512028014z148. .6 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例3. .切應(yīng)力校核切應(yīng)力校核46mm 108 .70 zIbISFzz*maxmaxQmax MPa 5 . 8108 . 071029110200633 MPa 6 .96 3*maxmm 22522122525 . 813314120 zS33mm 10291 例例4 工字形截面簡(jiǎn)支梁由三根鋼板焊接而成，已知工字形截面簡(jiǎn)支梁由三根鋼板焊接而成，已知: : =170MPa， =100MPa。試全面校核該梁的強(qiáng)度。試全面校核該梁的強(qiáng)度。解：解：420F=200kNF4202.5mDCAB200kN200kN

15、FQ84kN m.M8.512028014z148. .6 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例4. .主應(yīng)力校核主應(yīng)力校核zECEIyM 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 223r4EE MPa 1 .7445 .14922 MPa 211 224r3EE MPa 1 .7435 .14922 MPa 197 或或不安全不安全 EEEE例例4 工字形截面簡(jiǎn)支梁由三根鋼板焊接而成，已知工字形截面簡(jiǎn)

16、支梁由三根鋼板焊接而成，已知: : =170MPa， =100MPa。試全面校核該梁的強(qiáng)度。試全面校核該梁的強(qiáng)度。解：解：420F=200kNF4202.5mDCAB200kN200kNFQ84kN m.M8.512028014z1446mm 108 .70 zI第八章第八章 失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則失效分析與強(qiáng)度準(zhǔn)則8. .7 雙剪強(qiáng)度準(zhǔn)則雙剪強(qiáng)度準(zhǔn)則8. .7 雙剪強(qiáng)度準(zhǔn)則雙剪強(qiáng)度準(zhǔn)則記：記：于是于是 3BA1B1CO max 2 1C1 12 13 2323113 22112 23223 13max 2312min,min 最大切應(yīng)力準(zhǔn)則最大切應(yīng)力準(zhǔn)則只考慮了最大切應(yīng)力的影響只考慮了最大切應(yīng)力的影響 形狀改變比能準(zhǔn)則形狀改變比能準(zhǔn)則考慮了三個(gè)極值切應(yīng)力的影響考慮了三個(gè)極值切應(yīng)力的影響231213 三個(gè)極值切應(yīng)力中只有兩個(gè)是獨(dú)立的三個(gè)極值切應(yīng)力中只有兩個(gè)是獨(dú)立的8. .7 雙剪強(qiáng)度準(zhǔn)則雙剪強(qiáng)度準(zhǔn)則 我國(guó)學(xué)者我國(guó)學(xué)者俞茂宏俞茂宏教授教授1961年提出雙切應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則年提出雙切應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則 到到1991年已將上述適用于拉、壓強(qiáng)度相同材料的雙年已將上述適用于拉、壓強(qiáng)度相同材料的雙切應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則發(fā)展到適用于各種不同材料的切應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則發(fā)展到適用于各種不同材料的（雙剪）（雙剪）統(tǒng)一強(qiáng)度準(zhǔn)則統(tǒng)一強(qiáng)度準(zhǔn)則認(rèn)為：認(rèn)