材料力學(xué)教學(xué)課件幻燈片七

返回總目錄第8章

強(qiáng)度理論提要：提要：前面各章我們已經(jīng)研究了基本變形時(shí)構(gòu)件的強(qiáng)度條件，本章主要是根據(jù)材料的力學(xué)性能以及受力情況，對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的構(gòu)件，建立常溫靜荷載下的強(qiáng)度條件，即由主應(yīng)力來(lái)建立強(qiáng)度條件。構(gòu)件受力后處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，其主應(yīng)力就不止一個(gè)，在這種情況下，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定構(gòu)件的強(qiáng)度幾乎是不可能的。為此，人們根據(jù)大量的破壞現(xiàn)象，通過(guò)判斷、推理、概括，提出了種種關(guān)于破壞原因的假說(shuō)，找出引起破壞的主要因素，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，不斷完善。本章提出了關(guān)于材料破壞原因的假設(shè)及計(jì)算方法，建立了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度條件，主要介紹目前的4種常用的強(qiáng)度理論的意義、發(fā)展、內(nèi)容及其應(yīng)用。。8.1強(qiáng)度理論的概念基本變形時(shí)構(gòu)件的強(qiáng)度條件是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。桿軸向拉、壓時(shí)，材料處于單向應(yīng)力狀態(tài)，它的強(qiáng)度條件為式中，材料的許用應(yīng)力是直接通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)出材料失效時(shí)的應(yīng)力再除以安全系數(shù)n獲得的。圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)，材料處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)，它的強(qiáng)度條件為式中，材料的許用應(yīng)力也是直接通過(guò)試驗(yàn)測(cè)出材料失效時(shí)的應(yīng)力再除以安全系數(shù)n獲得的。至于梁橫力彎曲時(shí)的彎曲正應(yīng)力和彎曲切應(yīng)力，其強(qiáng)度條件分別為式中，材料的許用應(yīng)力和也是直接通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)出材料的失效應(yīng)力再除以安全系數(shù)n獲得的。所以說(shuō)，在以上簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下建立強(qiáng)度條件是比較簡(jiǎn)單的，它只要做拉伸或壓縮試驗(yàn)即可以解決。8.1強(qiáng)度理論的概念工程實(shí)踐中大多數(shù)受力構(gòu)件處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。如果從主應(yīng)力來(lái)考慮，一般情況下三個(gè)主應(yīng)力、、之間可能有各種比值。實(shí)際上很難用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)出各種主應(yīng)力比例下材料的極限應(yīng)力。解決這樣的問(wèn)題，只能從簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，推測(cè)材料破壞的主要原因。構(gòu)件在外力作用下，任意一點(diǎn)都有應(yīng)力和應(yīng)變，而且積蓄了應(yīng)變能?？梢栽O(shè)想，材料的破壞與危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變或應(yīng)變能等某個(gè)因素有關(guān)。從長(zhǎng)期的實(shí)踐和試驗(yàn)數(shù)據(jù)中分析材料破壞的現(xiàn)象，進(jìn)行推理，對(duì)材料破壞的原因提出各種假說(shuō)。這種假說(shuō)認(rèn)定材料的破壞是某一特定因素引起的，不論是在簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)還是在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，都是由同一因素引起破壞，所以可以用簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下試件的試驗(yàn)結(jié)果與復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下構(gòu)件的破壞聯(lián)系起來(lái)。這樣就建立了強(qiáng)度理論。8.1強(qiáng)度理論的概念綜合分析材料破壞的現(xiàn)象，認(rèn)為構(gòu)件由于強(qiáng)度不足將引發(fā)兩種失效形式：脆性斷裂：材料無(wú)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，低溫脆斷等。關(guān)于斷裂的強(qiáng)度理論為：最大拉應(yīng)力理論和最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論。(2)塑性屈服(流動(dòng))：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)生在最大切應(yīng)力面上，例如低碳鋼拉、扭，鑄鐵壓。關(guān)于屈服的強(qiáng)度理論為最大切應(yīng)力理論和形狀改變比能理論。8.1強(qiáng)度理論的概念為此，對(duì)強(qiáng)度破壞提出了各種不同的假說(shuō)。各種假說(shuō)盡管各有差異，但它們都認(rèn)為：材料之所以按某種方式破壞(屈服或斷裂)，是由于應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變能等諸因素中的某一因素引起的。按照這類(lèi)假說(shuō)，無(wú)論單向應(yīng)力狀態(tài)還是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，造成破壞原因是相同的，即引起破壞的因素是相同的。強(qiáng)度理論就是關(guān)于材料破壞現(xiàn)象主要原因的假設(shè)。即認(rèn)為不論是簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)還是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，材料某一類(lèi)型的破壞是由于某一種因素引起的。據(jù)此，可以利用簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，來(lái)建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度條件。我們稱(chēng)其為強(qiáng)度理論(strengththeories)。8.1強(qiáng)度理論的概念由于烈材料便的破挎壞按飯其物乘理本社質(zhì)分緣瑞為脆充斷和匪屈服姓兩類(lèi)厭形式濫，所洞以，僅強(qiáng)度炕理論大也就爆相應(yīng)屈地分陷為兩味類(lèi)，怎下面惠就來(lái)輛介紹逃目前際常用酬的四綢個(gè)強(qiáng)嬸度理瓦論。8.測(cè)2四個(gè)愉強(qiáng)度棟理論一.最大茄拉應(yīng)盛力理麗論這一袍理論狀又稱(chēng)批為第冬一強(qiáng)茫度理萍論?；镞@一鋒理論豈認(rèn)為怨破壞映主因句是最攪大拉吩應(yīng)力予。不純論復(fù)滑雜、襯簡(jiǎn)單趕的應(yīng)蕉力狀膚態(tài)，比只要泡第一毫主應(yīng)堤力達(dá)患到單手向拉會(huì)伸時(shí)陰的強(qiáng)鹽度極碌限，哲即斷分裂。破壞種形式騾：斷留裂。破壞述條件重：強(qiáng)度鼻條件含：8.秧2四個(gè)劑強(qiáng)度度理論(8條.1鞏)(8趨.2澤)實(shí)驗(yàn)另證明件，該基強(qiáng)度才理論云較好刑地解塑釋了厭石料思、鑄宗鐵等詳脆性荒材料危沿最乎大拉倉(cāng)應(yīng)力撐所在周截面讀發(fā)生紫斷裂望的現(xiàn)幻玉象；辣而對(duì)斤于單源向受慌壓或怕三向降受壓重等沒(méi)饅有拉扇應(yīng)力刮的情取況則喬不適披合。缺點(diǎn)分：未觸考慮陷其他盒兩主街應(yīng)力昌。使用鞋范圍暮：適碎用脆裕性材冰料受香拉。遲如鑄養(yǎng)鐵拉搶伸，恐扭轉(zhuǎn)義。二.最大庫(kù)伸長(zhǎng)由線應(yīng)荒變理奏論這一調(diào)理論你又稱(chēng)厭為第甜二強(qiáng)去度理捕論。桿這一稻理論伐認(rèn)為松破壞嘴主因歌是最推大伸丈長(zhǎng)線芳應(yīng)變江。不辨論復(fù)癢雜、扇簡(jiǎn)單敵的應(yīng)定力狀側(cè)態(tài)，塞只要吸第一梅主應(yīng)刊變達(dá)蘋(píng)到單窗向拉咸伸時(shí)哲的極常限值解，即場(chǎng)斷裂廈。破扯壞假貧設(shè)：館最大足伸長(zhǎng)壞應(yīng)變饒達(dá)到志簡(jiǎn)單冒拉伸部的極陷限(假定仇直到傷發(fā)生齊斷裂答仍可養(yǎng)用胡貫克定醋律計(jì)刷算)。破壞淡形式神：斷渾裂。脆斷院破壞文條件門(mén)：8.君2四個(gè)猛強(qiáng)度萌理論破壞暖條件耍：(8西.3野)強(qiáng)度躲條件齊：(8拌.4頌)實(shí)驗(yàn)遍證明抱，該梨強(qiáng)度梁理論織較好曲地解推釋了胳石料砍、混底凝土還等脆捉性材術(shù)料受續(xù)軸向帝拉伸增時(shí)，暑沿橫慶截面洲發(fā)生繳斷裂引的現(xiàn)蛙象。忽但是逝，其衣實(shí)驗(yàn)劉結(jié)果使只與搬很少尚的材角料吻劍合，肌因此琴已經(jīng)犁很少蘭使用和。缺點(diǎn)披：不旋能廣絞泛解擔(dān)釋脆煌斷破象壞一偽般規(guī)妹律。使用律范圍辯：適婦于石悔料、漢混凝摟土軸殼向受招壓的袋情況揮。8.員2四個(gè)躺強(qiáng)度塔理論三.最大渴切應(yīng)瞎力理腿論這一詢(xún)理論獎(jiǎng)又稱(chēng)閉為第妖三強(qiáng)戴度理反論。眨這一點(diǎn)理論且認(rèn)為狼破壞微主因傷是最閥大切住應(yīng)力氣。不爭(zhēng)論復(fù)管雜、怪簡(jiǎn)單哥的應(yīng)扣力狀啦態(tài)，弦只要胃最大腦切應(yīng)些力達(dá)非到單款向拉俗伸時(shí)寄的極宵限切喂應(yīng)力陽(yáng)值，死即屈階服。購(gòu)破壞扎假設(shè)仆：復(fù)獎(jiǎng)雜應(yīng)班力狀死態(tài)危敗險(xiǎn)標(biāo)鉤志最筒大切恭應(yīng)力獲達(dá)到態(tài)該材敞料簡(jiǎn)注單拉伯、壓屆時(shí)切賓應(yīng)力妥極限逝。破壞酸形式麻：屈念服。破壞拼因素?fù)幔鹤顜Z大切向應(yīng)力掠。屈服熔破壞漲條件昏：8.伴2四個(gè)損強(qiáng)度都理論實(shí)驗(yàn)到證明葡，這甩一理槐論可葡以較育好地虜解釋值塑性顏材料毒出現(xiàn)仆塑性喂變形粥的現(xiàn)浸象。些但是搖，由榆于沒(méi)榜有考欠慮武的狀影響助，故茄按這時(shí)一理春論設(shè)不計(jì)的覆構(gòu)件價(jià)偏于練安全跳。缺點(diǎn)碎：無(wú)踏影海響。使用禾范圍粱：適倚于塑水性材錦料的嗓一般午情況分。形葵式簡(jiǎn)進(jìn)單，派概念亞明確側(cè)，機(jī)亭械廣劑用。譯但理解論結(jié)最果較幸實(shí)際王偏安每全。8.催2四個(gè)幼強(qiáng)度妄理論破壞歸條件百：強(qiáng)度凳條件閉：(8滴.5圓)(8外.6瞎)四.形狀招改變袋比能綁理論這一樹(shù)理論財(cái)又稱(chēng)亭為第急四強(qiáng)掀度理鄭論。駁這一圣理論免認(rèn)為雹：不灑論材辜料處察在什瓣么應(yīng)樂(lè)力狀巾態(tài)，象材料婆發(fā)生瞧屈服蠻的原刷因是監(jiān)由于盛形狀程改變稍比能()達(dá)到炮了某晚個(gè)極些限值把。由避此可走建立華如下8.拍2四個(gè)絞強(qiáng)度駱理論破壞古條件匙：強(qiáng)度遷條件比：(8煮.7淺)根據(jù)糧幾種始材料(鋼、提銅、伏鋁)的薄叮管試省驗(yàn)資到料，奮表明寨形狀堪改變暗比能籃理論到比第紐奉三強(qiáng)渴度理白論更削符合贏實(shí)驗(yàn)底結(jié)果弟。在所純剪孝切下斥，按識(shí)第三染強(qiáng)度毛理論夸和第貼四強(qiáng)鋤度理嘴論的千計(jì)算捧結(jié)果搬差別求最大鳳，這葉時(shí)，躲由第軍三強(qiáng)幫度理瘦論的牲屈服搜條件購(gòu)得出臂的結(jié)使果比輩第四銳強(qiáng)度北理論渣的計(jì)攔算結(jié)墓果大15且%。四種趣強(qiáng)度松理論險(xiǎn)的統(tǒng)樂(lè)一形南式：乓令相澇當(dāng)應(yīng)招力仰，有獻(xiàn)強(qiáng)度全條件版統(tǒng)一柄表達(dá)雷式滲。相當(dāng)弊應(yīng)力哄的表亂達(dá)式雖：8.溫2四個(gè)檔強(qiáng)度覺(jué)理論莫爾尾強(qiáng)度完理論葬并不鉤是簡(jiǎn)芹單地狡假設(shè)萬(wàn)材料站的破釀壞是抱由某穗一個(gè)醉因素(例如灶應(yīng)力吧、應(yīng)薄變或堂比能)達(dá)到廈了其野極限捐值而影引起劣的，雅它是堵以各字種應(yīng)參力狀爭(zhēng)態(tài)下嘉材料承的破提壞試塔驗(yàn)結(jié)源果為振依據(jù)積，考晚慮了峰材料臥拉、枕壓強(qiáng)騙度的鼓不同伍，承披認(rèn)最根大切拘應(yīng)力鄙是引吸起屈汽服剪椅斷的結(jié)主要昌原因樂(lè)并考駐慮了轉(zhuǎn)剪切聽(tīng)面上撥正應(yīng)訊力的妄影響元而建順立起瓶來(lái)的豬強(qiáng)度育理論烈。8.刑3莫爾峽強(qiáng)度辛理論強(qiáng)度餃條件輔：(8猴.8纖)分析旱：莫歪爾強(qiáng)飼度理?yè)?jù)論考丸慮了房誠(chéng)材料假抗拉刷和抗狠壓能縱力不梢等的姓情況采，這醬符合歷脆性慢材料(如巖表石混解凝土山等)的破并壞特匪點(diǎn)，泡但未料考慮匠中間收主應(yīng)帝力撓的影斧響是煉其不婆足之椒處。墾對(duì)于嗽和怎相同臘的材仁料，誰(shuí)式(8頑.8今)可演某化成餐式(8陷.6司)。8.頓3莫爾奶強(qiáng)度來(lái)理論(8邀.9志)相當(dāng)復(fù)應(yīng)力幸表達(dá)賞式：一.強(qiáng)度違理論臣的選梢用原愧則脆性及材料跨：當(dāng)最災(zāi)小主綿應(yīng)力很大于覽等于0時(shí)，擦使用數(shù)第一巨理論農(nóng)；當(dāng)掏最小振主應(yīng)后力小窄于0而最序大主簽應(yīng)力標(biāo)大于0時(shí)，陣使用錄莫爾黨理論及。當(dāng)刪最大妙主應(yīng)捉力小吸于等謀于0時(shí)，濤使用縣第三窗或第證四強(qiáng)預(yù)度理會(huì)論。(2茫)塑性壩材料壘：當(dāng)最顯小主帳應(yīng)力模大于統(tǒng)等于0時(shí)，濤使用濁第一濫強(qiáng)度逼理論切；其汽他應(yīng)閃力狀坡態(tài)時(shí)牢，使剩用第及三或插第四蓬強(qiáng)度堅(jiān)理論室。(3貍)簡(jiǎn)單送變形量時(shí)：旱一律捆用與賠其對(duì)魔應(yīng)的心強(qiáng)度花準(zhǔn)則現(xiàn)。如翅扭轉(zhuǎn)喇，都而用勉：(4己)破壞焰形式燒還與晶溫度狠、變莊形速岸度等伍有關(guān)淺。8.府4各種承強(qiáng)度盾理論罪的適賢用范豈圍二.強(qiáng)度桶計(jì)算肉的步據(jù)驟強(qiáng)度頓計(jì)算葛的步申驟如毫下。外力翻分析嘗：確燒定所及需的探外力忽值。(2鵲)內(nèi)力動(dòng)分析瓣：畫(huà)摘內(nèi)力恢圖，離確定始可能失的危管險(xiǎn)面怠。(3夸)應(yīng)力途分析刺：畫(huà)糟危險(xiǎn)步面應(yīng)脖力分藝布圖逮，確霉定危增險(xiǎn)點(diǎn)侄并畫(huà)鳴出單冶元體陣，求咬主應(yīng)刪力。(4瘋)強(qiáng)度粒分析胡：選獻(xiàn)擇適閘當(dāng)?shù)年?yáng)強(qiáng)度鹽理論裙，計(jì)胞算相濾當(dāng)應(yīng)圈力，航然后猾進(jìn)行旗強(qiáng)度木計(jì)算洞。8.抹4各種沒(méi)強(qiáng)度徐理論霞的適圓用范佳圍【例8.裙1】圖8.搖1所示絡(luò)單元秒體，腥試按趴第三兵、第崗四強(qiáng)捕度理增論求您相當(dāng)概應(yīng)力細(xì)。分析唉：本險(xiǎn)題所棉給出如的2個(gè)單助元體督分別剃為二知向和爬三向綠主應(yīng)腔力單輔元體駝，為猾此可根直接壞根據(jù)勿單元悅體上彼的三蹦個(gè)主然應(yīng)力歇應(yīng)用偉公式(8積.6吐)公式(8那.7擊)求解鑒。解：(a榆)圖所卸示為捧二向輛應(yīng)力銜狀態(tài)傾單元弦體，鳳則：圖8.查1例8.苦1圖（a）8.攀4各種材強(qiáng)度昌理論宏的適柴用范買(mǎi)圍(b胡)圖所址示為辰三向奇應(yīng)力普狀態(tài)跌單元黑體，鉆則：圖8.炒1例8.議1圖（b）8.銹4各種館強(qiáng)度古理論辨的適碧用范療圍【例8.蝴2】鑄鐵烘零件舅危險(xiǎn)虧點(diǎn)單框元體屠如圖8.險(xiǎn)2所示未。=5慨0M拼Pa，=1輝50騾MP構(gòu)a。用顛莫爾拘理論桂校核繭其強(qiáng)森度。分析絲式：先通求出淋單元倘體上籠的主悼應(yīng)力尾，再慨由公座式(8下.8府)校核江其強(qiáng)掀度。圖8.棋2例8.揭2圖8.謝4各種沒(méi)強(qiáng)度竟理論杜的適召用范礦圍解：(1竹)求主痰應(yīng)力(2彈)強(qiáng)度逐校核故此巡壽零件袍安全刮。8.效4各種遠(yuǎn)強(qiáng)度尋理論仙的適杠用范菜圍【例8.被3】受內(nèi)憤壓力艱作用杯的容皂器，疤其圓音筒部夾分任鈴意一胞點(diǎn)A(圖8.橡3(叫a)燙)處的間應(yīng)力姥狀態(tài)甘如圖8.偷3(它b)所示疑。當(dāng)封容器訴承受纖最大角的內(nèi)中壓力隸時(shí)，匹用應(yīng)茂變計(jì)猛測(cè)得穿，袍。已兵知鋼村材的死彈性件模量E=2痰10腸GP資a，泊襯松比槐，護(hù)許用螞應(yīng)力搖。腔試按障第三咱強(qiáng)度鵲理論患校核A點(diǎn)的捷強(qiáng)度緒。圖8.殼3例8.味3圖8.臨4各種企強(qiáng)度淡理論撐的適油用范威圍解：8.電4各種非強(qiáng)度伍理論硬的適櫻用范估圍超過(guò)疏的7.鉤64歸%，不特能滿(mǎn)席足強(qiáng)惹度要身求。根據(jù)朱第三坐強(qiáng)度羞理論兄：8.泄4各種層強(qiáng)度駝理論街的適凝用范驢圍【例8.深4】圖8.無(wú)4所示雖一T型截千面的有鑄鐵他外伸什梁，棋試用孤莫爾疑強(qiáng)度摔理論蒜校核B截面干腹板議與翼烘緣交領(lǐng)界處憶的強(qiáng)辣度。頸鑄鐵古的抗膀拉和債抗壓辦許用崇應(yīng)力疤分別博為挪，生。圖8.俯4例8.洪4圖8.咽4各種侮強(qiáng)度黃理論怒的適餃用范尖圍分析始：本壁題主故要是控要確統(tǒng)定B截面勁腹板的與翼榆緣交嚼界處痕橫截薄面上早的主匆應(yīng)力酒，然桌后用綢莫爾鞏強(qiáng)度敬理論家公式毯校核釀其強(qiáng)匙度。澤為此肅，必務(wù)先計(jì)攻算B截面b點(diǎn)的內(nèi)正應(yīng)銳力和看切應(yīng)挨力，癢再求果出主繼應(yīng)力蛋，由蛛此代員入莫欄爾強(qiáng)童度理肯論公基式校指核其鎖強(qiáng)度祝。解：河由圖8.球4易知尸，B截面懇：kN廢·m，壞。根據(jù)杏截面楊尺寸攝求得木：從而游算出嶄：8.庭4各種偵強(qiáng)度匙理論渴的適畏用范伶圍在截益面B上，禽翼緣b點(diǎn)的愁應(yīng)力月?tīng)顟B(tài)存如圖8.唇4所示關(guān)。求舌出主那應(yīng)力場(chǎng)為：仗由于唱鑄鐵踢的抗紀(jì)拉、仍壓強(qiáng)研度不阿等，涂應(yīng)使曬用莫擠爾強(qiáng)鄙度理礎(chǔ)論，橋有：故滿(mǎn)雹足莫厲爾強(qiáng)殃度理帖論的鐵要求笛。8.思4各種番強(qiáng)度填理論夜的適饒用范巴圍強(qiáng)度疫理論倘的概挑念強(qiáng)度丑理論享是關(guān)豈于材外料失哥效現(xiàn)晨象主膏要原志因的鏡假設(shè)得。即蚊認(rèn)為堂不論曾是簡(jiǎn)深單應(yīng)力瓦狀態(tài)似還是浮復(fù)雜核應(yīng)力廢狀態(tài)戰(zhàn)，材么料某豎一類(lèi)草型的玻破壞制是由烘于某李一種綠因素引資起的弟。據(jù)撇此，議可以塌利用靜簡(jiǎn)單具應(yīng)力貴狀態(tài)漿的實(shí)亡驗(yàn)結(jié)犬果，逢來(lái)建枯立復(fù)計(jì)雜應(yīng)力殺狀態(tài)薄的強(qiáng)然度條掙件。2.常用話的5種強(qiáng)源度理騾論及點(diǎn)相當(dāng)愿應(yīng)力8.叮5小曾結(jié)3.強(qiáng)度注理論劍的適原用范繞圍不僅小取決代于材桿料的啟性質(zhì)皇，而懶且還奇與危內(nèi)險(xiǎn)點(diǎn)跑處的側(cè)應(yīng)力護(hù)狀態(tài)胃有關(guān)拘。一壘般情胖況下