第八章 強(qiáng)度理論

CHAPTER8

MechanicsofMaterials11材料力學(xué)第八章強(qiáng)度理論22CHAPTER8STHENGTHTHEORIES§8–1Conceptsofstrengththeories§8–2Fourstrengththeoriesandtheirequivalentstresses§8–3Mohr’sstrengththeoryanditsequivalentstress§8-4Applicationsofstrengththeories33第八章強(qiáng)度理論§8–1強(qiáng)度理論的概念§8–2四個強(qiáng)度理論及其相當(dāng)應(yīng)力§8–3莫爾強(qiáng)度理論及其相當(dāng)應(yīng)力§8-4強(qiáng)度理論的應(yīng)用441、Openingwords：§8–１

CONCEPTSOFSTRENGTHTHEORIES1)、Investigationofthetensile,compressiveandtorsionaltestsofcastironandlow-carbonsteelMLow-carbonsteelCastironPPTensionofcastironPCompressionofcastiron2)、HowwillthememberruptureinCombineddeformations？MPSTRENGTHTHEORIES55一、引子：§8–１強(qiáng)度理論的概念強(qiáng)度理論1、鑄鐵與低碳鋼的拉、壓、扭試驗現(xiàn)象是怎樣產(chǎn)生的？M低碳鋼鑄鐵PP鑄鐵拉伸P鑄鐵壓縮2、組合變形桿將怎樣破壞？MP662、Theoriesofstrength：Someassumptionsaboutthecauseofthestrengthfailureofmaterials. 3、Typesoffailureofmaterials：⑴yield；⑵rupture1)、Galileoplantedtheseedofthefirststrengththeory；2)、Mariotto’sstatementabouttheruptureofmaterialduetoexcessivedeformationistheflushofthesecondstrengththeory；3)、C.Duguetproposedthetheoryofthemaximumshearingstress；4)、Maxwellbroughtforwardthetheoryofthemaximumdistortionalenergytheoryearly,whichwasknownafterhisletterswerepublished.STRENGTHTHEORIES77二、強(qiáng)度理論：是關(guān)于“構(gòu)件發(fā)生強(qiáng)度失效（failurebylost

strength）起因”的假說。1、伽利略播下了第一強(qiáng)度理論的種子；三、材料的破壞形式：⑴屈服；⑵斷裂。2、馬里奧特關(guān)于變形過大引起破壞的論述，是第二強(qiáng)度理論的萌芽；3、杜奎特（C.Duguet)提出了最大剪應(yīng)力理論；4、麥克斯威爾最早提出了最大畸變能理論（maximumdistortionenergytheory）；這是后來人們在他的書信出版后才知道的。強(qiáng)度理論88

§8–2

FOURSTRENGTHTHEORIESAND THEIREQUIVALENTSTRESSES

1、Theoryofthemaximumtensilestress（thefirststrength）：

Thistheoryconsidersthemaincauseofrupturetobethemaximumtensilestress.Thememberwillruptureasthemaximumtensilestressreachesthestrengthlimitinaxialtension.STRENGTHTHEORIES1)、Criterionofrupture：2)、strengthcondition：3)、Applicationrange：Maybeappliedtothememberswiththefailureformofbrittlerupture.99§8–2四個強(qiáng)度理論及其相當(dāng)應(yīng)力一、最大拉應(yīng)力（第一強(qiáng)度）理論：認(rèn)為構(gòu)件的斷裂是由最大拉應(yīng)力引起的。當(dāng)最大拉應(yīng)力達(dá)到單向拉伸的強(qiáng)度極限時，構(gòu)件就斷了。1、破壞判據(jù)：2、強(qiáng)度準(zhǔn)則：3、實用范圍：實用于破壞形式為脆斷的構(gòu)件。強(qiáng)度理論10102、Theoryofthemaximumtensilestrain（thesecondstrength）：

Thistheoryconsidersthemaincauseofrupturetobethemaximumtensilestrain.Thememberwillruptureasthemaximumtensilestrainreachesthelimitstraininaxialtension

1)、Criterionoffailure：2)、Strengthcondition：3)、Applicationrange：Maybeappliedtothememberswiththefailureformofbrittlerupture.STRENGTHTHEORIES1111二、最大伸長線應(yīng)變（第二強(qiáng)度）理論：

認(rèn)為構(gòu)件的斷裂是由最大伸長線應(yīng)變引起的。當(dāng)最大伸長線應(yīng)變達(dá)到單向拉伸試驗下的極限應(yīng)變時，構(gòu)件就斷了。1、破壞判據(jù)：2、強(qiáng)度準(zhǔn)則：3、實用范圍：實用于破壞形式為脆斷的構(gòu)件。強(qiáng)度理論12123、Theoryofthemaximumshearingstress（thethirdstrength）：

Thistheoryconsidersthemaincauseofrupturetobethemaximumshearingstress.Thememberwillruptureasthemaximumshearingstressreachesthelimitshearingstressinaxialtension.

STRENGTHTHEORIES1)、Criterionoffailure：3)、Applicationrange：Maybeappliedtothememberswiththefailureformofplasticyield.2)、Strengthcondition：1313三、最大剪應(yīng)力（第三強(qiáng)度）理論：認(rèn)為構(gòu)件的屈服是由最大剪應(yīng)力引起的。當(dāng)最大剪應(yīng)力達(dá)到單向拉伸試驗的極限剪應(yīng)力時，構(gòu)件就破壞了。1、破壞判據(jù)：3、實用范圍：實用于破壞形式為屈服的構(gòu)件。2、強(qiáng)度準(zhǔn)則：強(qiáng)度理論14144、Theoryofthemaximumtorsional(shearing)strainenergy(thefourthstrength）：

Thistheoryconsiderthemaincauseofyieldtobethedistortionalstrainenergy..Thememberwillruptureasthedistortionalstrainenergyreachesthedistortionalstrainenergyofyieldinaxialtension

1)、Criterionoffailure：2)、Strengthcondition:3)、Applicationrange：Maybeappliedtothememberswiththefailureformofplasticyield.STRENGTHTHEORIES1515四、形狀改變比能（第四強(qiáng)度）理論：認(rèn)為構(gòu)件的屈服是由形狀改變比能引起的。當(dāng)形狀改變比能達(dá)到單向拉伸試驗屈服時形狀改變比能時，構(gòu)件就破壞了。1、破壞判據(jù)：2、強(qiáng)度準(zhǔn)則3、實用范圍：實用于破壞形式為屈服的構(gòu)件。強(qiáng)度理論1616

§8–3

MOHR’SSTRENGTHTHEORYAND ITSEQUIVALENTSTRESS

Mohrthoughtthemaximumshearingstressisthemaincauseoffailureofmaterials,butthefrictionforceintheslidingsectionisnotneglected.(LawofMohrfriction）,CombiningthefactorsofthemaximumshearingstressandthemaximumnormalstressMohrobtainedhisstrengththeory.STRENGTHTHEORIES1717§8–3莫爾強(qiáng)度理論及其相當(dāng)應(yīng)力莫爾認(rèn)為：最大剪應(yīng)力是使物體破壞的主要因素，但滑移面上的摩擦力也不可忽略（莫爾摩擦定律）。綜合最大剪應(yīng)力及最大正應(yīng)力的因素，莫爾得出了他自己的強(qiáng)度理論。強(qiáng)度理論1818ApproximateenvelopeEnvelopeofcirclesoflimitstress1、Twoconcepts：1)、Circleoflimitstress：2)、Limitcurve：Envelopeofcirclesoflimitstress.O

ts

CircleoflimitstressSTRENGTHTHEORIES1919近似包絡(luò)線極限應(yīng)力圓的包絡(luò)線O

ts

極限應(yīng)力圓一、兩個概念：1、極限應(yīng)力圓：2、極限曲線：極限應(yīng)力圓的包絡(luò)線（envelope）。強(qiáng)度理論20201)、Criterionoffailure：2)、Strengthcondition：[

y]saaot[

L]O1O2DerivationofthecriticalconditionofMohr,stheoryO3

1

3MKLPN2、Mohr’sstrengththeory：IfthestresscircleofanarbitrarypointContactswiththelimitcurve,thematerialwillyieldorbreakduetoshearing.STRENGTHTHEORIES2121[

y]saaot[

L]O1O2莫爾理論危險條件的推導(dǎo)2、強(qiáng)度準(zhǔn)則：1、破壞判據(jù)：O3

1

3MKLPN二、莫爾強(qiáng)度理論：任意一點(diǎn)的應(yīng)力圓若與極限曲線相接觸，則材料即將屈服或剪斷。強(qiáng)度理論22223、Equivalentstress：（unifiedformofstrengthconditions）where，

r—equivalentstress3)、Applicationrange：Maybeappliedtothememberswiththefailureformofplasticyieldandthebrittlemembers（rock、concreteandsoon.）withdifferentlimitstrengthoftensionandcompressionincomplexstressedstate.STRENGTHTHEORIES2323三、相當(dāng)應(yīng)力：（強(qiáng)度準(zhǔn)則的統(tǒng)一形式）。其中，

r—相當(dāng)應(yīng)力。強(qiáng)度理論3、實用范圍：實用于破壞形式為屈服的構(gòu)件及其拉壓極限強(qiáng)度不等的處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的脆性材料的破壞（巖石、混凝土等）。2424§8–4

APPLICATIONSOFSTRENGTHTHEORIES1、Stepsofcalculationofstrength：1)、Analysisofexternalforces：Determinethevalueoftherequestexternalforces2)、Analysisofinternalforces：Plotthediagramoftheinternalforcesanddeterminethecriticalsection.3)、Analysisofstresses：Plotthediagramofstressdistributioninthecriticalsection,determinethecriticalpoint,plottheelementanddeterminetheprincipalstresses.4)、Analysisofstrength：Selectthepropertheoryofstrength，calculatetheequivalentstressandthendothecalculationofstrength.STRENGTHTHEORIES2525§8–4強(qiáng)度理論的應(yīng)用一、強(qiáng)度計算的步驟：1、外力分析：確定所需的外力值。2、內(nèi)力分析：畫內(nèi)力圖，確定可能的危險面。3、應(yīng)力分析：畫危面應(yīng)力分布圖，確定危險點(diǎn)并畫出單元體，求主應(yīng)力。4、強(qiáng)度分析：選擇適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度理論，計算相當(dāng)應(yīng)力，然后進(jìn)行強(qiáng)度計算。強(qiáng)度理論26262、Rulestoselectstrengththeories:decideaccordingtotheformoffailure.

1)、Brittlematerials：Astheminimumprincipalstressislargerthanorequaltozerothefirsttheorymaybeapplied；AstheminimumprincipalstressissmallerthanzeroandthemaximumprincipalstressislargerthanzeroMohr’stheorymaybeapplied；Asthemaximumprincipalstressissmallerthanorequaltozerothethirdorfourththeorymaybeapplied；

2)、Ductilematerial：Astheminimumprincipalstressislargerthanorequaltozerothefirsttheorymaybeapplied；Fortheotherstressedstatethethirdorfourththeorymaybeapplied.

4)、Formsoffailurearerelativewithtemperature、speedofdeformationetc.

3)、Insimpledeformation：Applythestrengthconditioncorrespondingtothesimpledeformat