材料力學第7章

工程背景

壓桿彈性穩(wěn)定的基本概念確定臨界載荷的平衡方法歐拉公式(細長桿)

柔度

非彈性屈曲

壓桿失效與穩(wěn)定性設計

結論與討論第九章重點內容

第7章

強度失效分析與設計準則

第7章強度失效分析與設計準則

失效的概念與分類

單向應力狀態(tài)下材料的力學行為兩種強度失效形式

幾種常用的強度設計準則

結論與討論

失效的概念與分類第7章

強度失效分析與設計準則失效—由于材料的力學行為而使構件喪失正常功能的現(xiàn)象.失效的概念與分類第7章

強度失效分析與設計準則斷裂-材料強度不足強度失效的例子屈曲失效—由于壓桿的平衡構形的突然改變而發(fā)生的力學失效失效的概念與分類第7章

強度失效分析與設計準則2004年5月24日，法國戴高樂機場2E候機廳發(fā)生坍塌事故.關于此次失事原因的主要猜測就落在了設計師安德魯?shù)纳砩?。目前，已經有專家對設計方案進行了質疑。據悉，在2E候機廳這個640米長、33．5米寬的大廳中，沒有使用任何內部支撐結構。這樣一來，候機廳的結構由于溫度變化會較大產生的溫度應力產生屈曲，就會導致結構坍塌事故發(fā)生。強度失效剛度失效屈曲失效疲勞失效蠕變失效松弛失效失效的分類及其定義

強度失效(FailurebyLostStrength)—由于斷裂(Rupture)或屈服(Yield)引起的失效失效的概念與分類第7章

強度失效分析與設計準則

強度失效的例子-汽輪機組失效的概念與分類第7章

強度失效分析與設計準則溫度過高壓力過高轉速過高葉片斷裂失效分類

剛度失效(FailurebyLostRigidity)—由于過量的彈性變形引起的失效.失效的概念與分類第7章

強度失效分析與設計準則剛度失效問題--過量的彈性變形引起的失效鉆床:支承立柱和水平梁剛度失效分類

屈曲失效(FailurebyBuckling,FailurebyLostStability)—由于平衡構形

的突然轉變而引起的失效.失效的概念與分類第7章

強度失效分析與設計準則失效的概念與分類第7章

強度失效分析與設計準則

屈曲失效

疲勞失效

(FailurebyFatigue)—由于交變應力的作用,初始裂紋不斷擴展而引起的脆性斷裂.失效的概念與分類第7章

強度失效分析與設計準則

蠕變失效

(FailurebyCreep)—

在一定的溫度和應力下,應變隨著時間的增加而增加,最終導致構件失效.火電機組中,長期在高溫、高壓下服役的部件:主蒸汽管道、導汽管、汽缸等動力工程-蠕變問題塑料繩重物塑料繩室溫下的蠕變蠕變應變:隨時間變化

松弛失效(FailurebyRelaxation)—在一定的溫度下,應變保持不變,應力隨著時間增加而降低,從而導致構件失效.失效的概念與分類第7章

強度失效分析與設計準則壓力容器在密封--螺栓壓力容器在密封時需要用螺栓栓緊，螺栓就承受了預緊力，隨著時間增加，這個力就會越來越小，以至于密封失效。應力松弛失效分類(6)強度失效剛度失效屈曲失效疲勞失效蠕變失效松弛失效失效的概念與分類第7章

強度失效分析與設計準則

單向應力狀態(tài)下材料的力學行為第7章

強度失效分析與設計準則

拉伸應力應變曲線脆性材料(鑄鐵)單向應力狀態(tài)下材料的力學行為第7章

強度失效分析與設計準則

拉伸應力應變曲線韌性金屬材料(Q235,16Mn)單向應力狀態(tài)下材料的力學行為第7章

強度失效分析與設計準則歸納:

Q235,16Mn有明顯的四個階段.問:是否所有的韌性材料都有四個階段?0.2定義:條件屈服應力(0.2)—塑性應變等于0.2％時的應力值韌性材料的屈服應力(黃銅,高碳鋼)單向應力狀態(tài)下材料的力學行為第11章

強度失效分析與設計準則ABC－延伸率當>5%稱為韌性材料l0原始標矩,lu試件拉斷時標距長度.標記線PP如何判斷材料韌性(塑性)好壞--韌性指標當<5%稱為脆性材料再加載卸載與再加載后對材料力學性能的影響單向應力狀態(tài)下材料的力學行為第11章

強度失效分析與設計準則OE?p?pFE單向壓縮應力狀態(tài)下的力學行為

單向應力狀態(tài)下材料的力學行為第7章

強度失效分析與設計準則E和s同拉伸屈服后曲線不同低碳鋼單向壓縮應力狀態(tài)下的力學行為

單向應力狀態(tài)下材料的力學行為第7章

強度失效分析與設計準則b高于受拉的情況,約為4-5倍抗壓優(yōu)于抗拉鑄鐵

單向拉伸應力狀態(tài)下材料的強度失效判據韌性材料(屈服)脆性材料(斷裂)=b=s單向應力狀態(tài)下材料的力學行為第7章

強度失效分析與設計準則思考:單向壓縮應力狀態(tài)下失效判據？特別注意以壓桿穩(wěn)定性設計為優(yōu)先的原則屈服斷裂復雜應力狀態(tài)下的強度失效大量實驗結果表明,材料在常溫靜載下的強度失效有兩種:由實驗可確定單拉應力狀態(tài)的失效準則如何確定復雜應力狀態(tài)的失效準則?根據實驗結果提出假說,建立強度失效理論

幾種常用的強度設計準則(四種)第7章

強度失效分析與設計準則

屈服準則

最大切應力準則

形狀改變比能準則

斷裂準則

無裂紋體的斷裂準則—最大拉應力準則

帶裂紋體的斷裂準則—

線彈性斷裂力學準則

莫爾準則(自學)幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則屈服準則(兩種)

最大切應力準則

形狀改變比能準則

屈服準則(CriteriaofYield)最大切應力準則

(Tresca’sCriterion)

無論材料處于什么應力狀態(tài),只要發(fā)生屈服,都是由于微元內的最大切應力達到了某一共同的極限值。幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則最大切應力準則

(Tresca’sCriterion)

無論材料處于什么應力狀態(tài),只要發(fā)生屈服,都是由于微元內的最大切應力達到了某一共同的極限值。1231=s幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則1231=s最大切應力準則發(fā)生屈服失效判據設計準則幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則保證材料不屈服失效最大切應力準則適用性

(Tresca’sCriterion)

適用材料:鋼、銅、鋁等韌性材料判斷屈服----準則

最大切應力準則

形狀改變比能準則形狀改變比能準則(Mises’sCriterion)

無論材料處于什么應力狀態(tài),只要發(fā)生屈服,都是由于微元的形狀改變比能達到了一個共同的極限值。

屈服準則(CriteriaofYield)幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則形狀改變比能準則123=s幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則=形狀改變比能準則失效判據設計準則幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則適用材料:鋼、銅、鋁韌性材料最大切應力準則形狀改變比能準則直觀上看那個更精確?韌性材料發(fā)生屈服判據:斷裂準則(CriteriaofFracture)無裂紋體的斷裂準則—最大拉應力準則

斷裂準則(CriteriaofFracture)無裂紋體的斷裂準則—最大拉應力準則(MaximumTensile-StressCriterion)無論材料處于什么應力狀態(tài),只要發(fā)生脆性斷裂,都是由于微元內的最大拉應力達到了一個共同的極限值。幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則123=b脆性斷裂幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則

無裂紋體的斷裂準則—最大拉應力準則失效判據設計準則幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則最大拉應力準則適用性鑄鐵、玻璃、石膏等多數(shù)脆性材料在一般應力狀態(tài)下均發(fā)生脆性斷裂計算應力與應力強度的概念將設計準則中直接與許用應力[σ]比較的量,稱之為計算應力σri或應力強度Si(最大拉應力準則)(最大切應力準則)(形狀改變比能準則)幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則強度準則統(tǒng)一式線彈性斷裂力學準則(介紹）幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則問:對含有裂紋的材料,已有強度準則是否成立?實驗發(fā)現(xiàn):即使是韌性材料,含有裂紋,可能會發(fā)生低應力脆斷,失效應力遠低于屈服強度.問:用什么準則判斷含有裂紋的材料斷裂失效?線彈性斷裂力學理論(斷裂準則)應力集中概念裂紋尖端的應力場公式帶裂紋體的斷裂準則介紹線彈性斷裂力學-幾個基本概念應力集中應力集中：截面幾何尺寸突變,局部應力增大的現(xiàn)象應力集中(拉伸板)應力集中因數(shù)

K=max/avg幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則兩板連接應力集中因數(shù)K與r/d的關系曲線(實驗)幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則裂紋附近區(qū)域應力場(研究思路)：研究拉伸板:1.研究橢圓孔附近區(qū)域應力分布（長軸為2a,短軸為2b)2.短軸2b0,橢圓孔變?yōu)榱鸭y,得到裂紋附近區(qū)域應力分布斷裂力學材料含裂紋的情況

裂紋尖端的應力場2arxyσσσ—名義應力(平均應力）幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則KI—應力強度因子r=0,應力具有奇異性注意坐標系(裂紋右端點為坐標原點)按傳統(tǒng)的失效判據,上述構件在很小力的作用下便會失效。但是情況并非如此，含裂紋體一般都有一定的承載能力。但總體上講：應力集中區(qū)材料由韌性向脆性轉變

斷裂失效判據

KI=KIC

KI—應力強度因子

KIC—斷裂韌性(由實驗確定)實驗結果表明:經典強度準則對帶裂紋體不再適用

幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則介紹帶裂紋體的斷裂失效準則

莫爾準則(MohrCriterion)請同學們自學教材中的有關章節(jié)幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則

應用舉例例題1已知：鑄鐵構件上危險點的應力狀態(tài)。鑄鐵拉伸許用應力[]=30MPa。試對該危險點的強度進行校核。幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則解：首先根據材料和應力狀態(tài)確定失效形式，選擇設計準則。脆性斷裂，最大拉應力準則max=1[]其次確定主應力例題1幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則根據應力圓或主應力公式確定主應力例題1幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則其次確定主應力1＝29.28MPa,2＝3.72MPa,3＝0

max=1<[]=

30MPa結論：強度是安全的。例題1幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則問題:若[]=

29MPa,強度是否安全?max=1=29.28MPa>[]=

29MPa問題:若[]=

29MPa,強度是否安全?1不超過[]的5%,即認為強度合格.工程設計中規(guī)定:應力強度不超過[]的5%,強度合格已知：和試寫出:最大切應力準則和形狀改變能密度準則的表達式。例題2幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則'''"'=0根據應力圓或主應力公式確定主應力解：首先確定主應力例題2幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則例題2對于最大切應力準則對于形狀改變比能準則幾種常用的強度設計準則第7章

強度失效分析與設計準則請同學思考:1.從安全角度,哪個準則設計更保守?2.哪個準則設計的構件更精巧些?

結論與討論第7章

強度失效分析與設計準則

關于失效的幾點結論

關于失效的幾點結論首先,要區(qū)分一點失效與構件失效情況1:一點失效即意味整個構件失效結論與討論第7章

強度失效分析與設計準則

關于失效的幾點結論情況2:一點失效和整個截面(構件)不失效結論與討論第7章

強度失效分析與設計準則MMM一點失效并不意味構件失效

關于失效的幾點結論首先,要區(qū)分一點失效與構件失效結論與討論第7章

強度失效分析與設計準則其次,要區(qū)分強度失效與剛度失效的區(qū)別剛度可能失效(加載點的撓度)強度