工程力学 强度理论 精选PPT.ppt

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1、第1页，此课件共42页哦杆件基本变形下的强度条件杆件基本变形下的强度条件第2页，此课件共42页哦满足满足是否强度就没有问题了？是否强度就没有问题了？第3页，此课件共42页哦经过实践检验，不断完善，在一定范围与实际相符合，经过实践检验，不断完善，在一定范围与实际相符合，上升为理论。上升为理论。为了建立复杂应力状态下的强度条件，而提出为了建立复杂应力状态下的强度条件，而提出的关于材料破坏原因的假设及计算方法。的关于材料破坏原因的假设及计算方法。强度理论：强度理论：人们根据大量的破坏现象，通过判断推理、概括，提人们根据大量的破坏现象，通过判断推理、概括，提出了种种关于破坏原因的假说，出了种种关于破坏

2、原因的假说，找出引起破坏的主要因素，找出引起破坏的主要因素，第4页，此课件共42页哦1 1 建立强度理论的基本思想建立强度理论的基本思想 一、不同材料一、不同材料在在同一环境及加载条件同一环境及加载条件下对为下对为失效失效具具有不同的抵抗能力。有不同的抵抗能力。第5页，此课件共42页哦例例1 常温、静载条件下常温、静载条件下低碳钢的拉伸破坏低碳钢的拉伸破坏表现为塑性屈服失效；表现为塑性屈服失效；低碳钢塑性屈服失效时光滑表低碳钢塑性屈服失效时光滑表面出现面出现45度角的滑移线；度角的滑移线；具有屈服极限具有屈服极限第6页，此课件共42页哦铸铁脆断失效时沿横截面断裂；铸铁脆断失效时沿横截面断裂；铸

3、铁拉伸破坏铸铁拉伸破坏表现为脆性断裂失效；表现为脆性断裂失效；具有抗拉强度极限具有抗拉强度极限第7页，此课件共42页哦二、二、同一材料同一材料在在不同环境及加载条件不同环境及加载条件下也表现出对失效下也表现出对失效的不同抵抗能力。的不同抵抗能力。切槽导致应力集中使根部附近出现两向和三向拉伸应力状态。切槽导致应力集中使根部附近出现两向和三向拉伸应力状态。例例2 常温静载条件下，带有环形深切槽的圆柱形低碳钢试件受拉常温静载条件下，带有环形深切槽的圆柱形低碳钢试件受拉不再出现塑性变形；不再出现塑性变形；沿切槽根部发生脆断；沿切槽根部发生脆断；平断口平断口第8页，此课件共42页哦例例3 常温静载条件下

4、，圆柱形铸铁试件受压时常温静载条件下，圆柱形铸铁试件受压时此时材料处于压缩型应力状态；此时材料处于压缩型应力状态；不再出现脆性断口，而出现塑性变形；不再出现脆性断口，而出现塑性变形；铸铁受压后形成鼓形，具有明显铸铁受压后形成鼓形，具有明显的塑性变形的塑性变形；第9页，此课件共42页哦例例4 常温静载条件下，圆柱形大理石试件受轴向压力和常温静载条件下，圆柱形大理石试件受轴向压力和围压作用下围压作用下发生明显的塑性变形；发生明显的塑性变形；此时材料处于三向压缩应力状态下；此时材料处于三向压缩应力状态下；第10页，此课件共42页哦根据常温静力拉伸和压缩试验，已建立起单向应力状态下的弹性失效准根据常温

5、静力拉伸和压缩试验，已建立起单向应力状态下的弹性失效准则；则；根据薄壁圆筒扭转实验，可建立起纯剪应力状态下的弹性失根据薄壁圆筒扭转实验，可建立起纯剪应力状态下的弹性失效准则；效准则；考虑安全系数后，其强度条件考虑安全系数后，其强度条件考虑安全系数后，强度条件考虑安全系数后，强度条件在简单试验的基础上已经建立的强度条件在简单试验的基础上已经建立的强度条件第11页，此课件共42页哦建立常温静载复杂应力状态下的弹性失效准则：建立常温静载复杂应力状态下的弹性失效准则：强度理论强度理论的基本思想是：的基本思想是：l确认引起材料失效存在共同的确认引起材料失效存在共同的力学原因力学原因，提出关于这一共同力学

6、，提出关于这一共同力学原因的假设；原因的假设；l根据实验室中标准试件在根据实验室中标准试件在简单受力简单受力情况下的破坏实验情况下的破坏实验（如拉伸），建立起材料在（如拉伸），建立起材料在复杂应力状态复杂应力状态下共同遵循的弹下共同遵循的弹性失效准则和强度条件。性失效准则和强度条件。l实际上，当前工程上常用的经典强度理论都按实际上，当前工程上常用的经典强度理论都按脆性断裂脆性断裂和和塑性屈塑性屈服服两类失效形式，分别提出共同力学原因的假设。两类失效形式，分别提出共同力学原因的假设。第12页，此课件共42页哦构件由于构件由于强度不足强度不足将引发两种失效形式将引发两种失效形式如铸铁受拉、扭，低温

7、脆断等。如铸铁受拉、扭，低温脆断等。2 2 经典强度理论经典强度理论脆性断裂：脆性断裂：材料无明显的塑性变形即发生断裂；材料无明显的塑性变形即发生断裂；断面较粗糙；断面较粗糙；且多发生在垂直于最大正应力的截面上；且多发生在垂直于最大正应力的截面上；第13页，此课件共42页哦例如低碳钢拉、扭，铸铁压。例如低碳钢拉、扭，铸铁压。塑性屈服（流动）：塑性屈服（流动）：材料破坏前发生显著的塑性变形；材料破坏前发生显著的塑性变形；破坏断面粒子较光滑；破坏断面粒子较光滑；且多发生在最大切应力面上；且多发生在最大切应力面上；第14页，此课件共42页哦1.1.最大拉应力理论最大拉应力理论（第一强度理论）（第一强

8、度理论）材料发生断裂的主要因素是材料发生断裂的主要因素是最大拉应力最大拉应力；认为无论是什么应力状态，只要危险点处最大拉应力达到与认为无论是什么应力状态，只要危险点处最大拉应力达到与材料性质有关的某一极限值，材料就发生材料性质有关的某一极限值，材料就发生断裂断裂132脆断准则：脆断准则：第15页，此课件共42页哦适用范围：适用范围：混合型应力状态混合型应力状态中拉应力占主导中拉应力占主导与铸铁，工具钢，工业陶瓷等多数脆性材料的实验结果较符合与铸铁，工具钢，工业陶瓷等多数脆性材料的实验结果较符合特别适用于特别适用于拉伸型应力状态拉伸型应力状态：但但相应的强度条件：相应的强度条件：材料的脆断材料的

9、脆断第16页，此课件共42页哦铸铁拉伸铸铁拉伸铸铁扭转铸铁扭转适用范围适用范围第17页，此课件共42页哦2、对没有拉应力的应力状态无法应用，、对没有拉应力的应力状态无法应用，3、对塑性材料的破坏无法解释，、对塑性材料的破坏无法解释，1 只突出只突出 未考虑的未考虑的 影响，影响，局限性：局限性：4 不能解释材料在不能解释材料在三向均压下三向均压下不发生断裂的事实；不发生断裂的事实；第18页，此课件共42页哦2.2.最大伸长线应变理论最大伸长线应变理论（第二强度理论）（第二强度理论）无论处于什么应力状态无论处于什么应力状态,只要危险点处最大伸长线应变达到只要危险点处最大伸长线应变达到与材料性质有

10、关的某一极限值，材料就发生与材料性质有关的某一极限值，材料就发生断裂断裂 材料发生断裂的主要因素是材料发生断裂的主要因素是最大伸长线应变最大伸长线应变；脆断准则：脆断准则：132第19页，此课件共42页哦复杂应力状态下最大线伸长应变复杂应力状态下最大线伸长应变断裂条件断裂条件相应的强度条件：相应的强度条件：单向应力状态下单向应力状态下第20页，此课件共42页哦铸铁铸铁受拉压受拉压比第一强度理论更接近实际情况。比第一强度理论更接近实际情况。实验表明：实验表明：xy此理论对于此理论对于一拉一压一拉一压的二向应力状态的二向应力状态的脆性材料的断裂的脆性材料的断裂较符合较符合要求材料在脆断前均服从胡克

11、定律要求材料在脆断前均服从胡克定律适用范围：适用范围：铸铁在混合型应力状态中，铸铁在混合型应力状态中，压应力占主导压应力占主导引起的材料脆断引起的材料脆断与实验结果也较符合；与实验结果也较符合；材料的脆断材料的脆断第21页，此课件共42页哦局限性：局限性：1、第一强度理论不能解释的问题，未能解决，、第一强度理论不能解释的问题，未能解决，2、在二向或三向受拉时，、在二向或三向受拉时，似乎比单向拉伸时更安全，但实验证明并非如此。似乎比单向拉伸时更安全，但实验证明并非如此。第22页，此课件共42页哦它只与石料、混凝土等少数脆性材料的实验结果较符合；它只与石料、混凝土等少数脆性材料的实验结果较符合；虽

12、然考虑了虽然考虑了 的影响，的影响，但上述材料的脆断实验不支持本理论描写的但上述材料的脆断实验不支持本理论描写的 对材料强度的影响规律。对材料强度的影响规律。，混凝土、花岗岩受压时在横混凝土、花岗岩受压时在横向（向（1方向方向）开裂）开裂局限性局限性第23页，此课件共42页哦3.3.最大切应力理论最大切应力理论（第三强度理论）（第三强度理论）材料发生塑性屈服的主要因素是材料发生塑性屈服的主要因素是最大切应力最大切应力；无论处于什么应力状态无论处于什么应力状态,只要危险点处最大切应力达到与材只要危险点处最大切应力达到与材料性质有关的某一极限值，材料就发生料性质有关的某一极限值，材料就发生屈服屈服

13、。屈服准则：屈服准则：132第24页，此课件共42页哦复杂应力状态下的最大切应力复杂应力状态下的最大切应力屈服条件屈服条件相应的强度条件：相应的强度条件：单向应力状态下单向应力状态下第25页，此课件共42页哦低碳钢拉伸低碳钢拉伸低碳钢扭转低碳钢扭转第26页，此课件共42页哦此理论较满意地解释了塑性材料的屈服现象；此理论较满意地解释了塑性材料的屈服现象；局限性：局限性：2 2、不能解释三向均拉下可能发生断裂的现象，、不能解释三向均拉下可能发生断裂的现象，1 1、未考虑、未考虑 的影响，试验证实最大影响达的影响，试验证实最大影响达15%15%。并能解释材料在三向均压下不发生塑性变形或断裂的事实。并

14、能解释材料在三向均压下不发生塑性变形或断裂的事实。适用范围：适用范围：偏于安全偏于安全常用于常用于载荷往往较不稳定载荷往往较不稳定的机械、动力等行业的机械、动力等行业此准则也称特雷斯卡（此准则也称特雷斯卡（Tresca）屈服准则）屈服准则塑性屈服塑性屈服第27页，此课件共42页哦4.4.畸变能密度畸变能密度理论理论（第四强度理论）（第四强度理论）材料发生塑性屈服的主要因素是材料发生塑性屈服的主要因素是畸变能密度畸变能密度；无论处于什么应力状态无论处于什么应力状态,只要危险点处畸变能密度达到与材只要危险点处畸变能密度达到与材料性质有关的某一极限值，材料就发生料性质有关的某一极限值，材料就发生屈服

15、屈服。屈服准则：屈服准则：132第28页，此课件共42页哦复杂应力状态的畸变能密度复杂应力状态的畸变能密度单向应力状态下单向应力状态下屈服条件屈服条件第29页，此课件共42页哦强度条件强度条件对塑性材料，此理论比第三强度理论更符合试验结果，对塑性材料，此理论比第三强度理论更符合试验结果，在工程中得到了广泛应用。在工程中得到了广泛应用。第30页，此课件共42页哦载荷较为稳定载荷较为稳定的土建行业，较多地采用第四强度理论。的土建行业，较多地采用第四强度理论。适用范围：适用范围：它既突出了最大主剪应力对塑性屈服的作用，又适当考虑了它既突出了最大主剪应力对塑性屈服的作用，又适当考虑了其它两个主剪应力的

16、影响；其它两个主剪应力的影响；它与塑性较好材料的试验结果比第三强度理论符合得更好；它与塑性较好材料的试验结果比第三强度理论符合得更好；此准则也称为米泽斯（此准则也称为米泽斯（Mises）屈服准则；）屈服准则；塑性屈服塑性屈服第31页，此课件共42页哦强度理论的统一表达式：强度理论的统一表达式：相当应力相当应力第32页，此课件共42页哦无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态,只要发生同一种破坏形式只要发生同一种破坏形式只要发生同一种破坏形式只要发生同一种破坏形式,都是由都是由都是由都是由于同一种因素引起。于同一种因素引起。于同一种因素引起

17、。于同一种因素引起。123rd复杂应力状态复杂应力状态相当应力状态相当应力状态已有简单拉已有简单拉压试验资料压试验资料强度理论强度理论强度条件强度条件第33页，此课件共42页哦一、对于常温、静载、常见的单向、二向应力状态下一、对于常温、静载、常见的单向、二向应力状态下选用原则选用原则塑性材料塑性材料第三强度理论第三强度理论可进行偏保守（安全）设计。可进行偏保守（安全）设计。第四强度理论第四强度理论可用于更精确设计，可用于更精确设计，要求对材料强度指标，载荷计算较有把握。要求对材料强度指标，载荷计算较有把握。弹性失效状态为脆断；弹性失效状态为脆断；通常的塑性材料，如低碳钢，通常的塑性材料，如低碳

18、钢，弹性失效状态为塑性屈服弹性失效状态为塑性屈服通常的脆性材料，如铸铁，通常的脆性材料，如铸铁，因而可因而可根据材料根据材料来选用强度理论：来选用强度理论：第34页，此课件共42页哦仅用于石料、混凝土等少数材仅用于石料、混凝土等少数材料。料。脆性材料脆性材料第一强度理论第一强度理论拉伸型拉伸型和和拉应力占主导的拉应力占主导的混合型混合型应力状态应力状态第二强度理论第二强度理论压应力占主导的脆断压应力占主导的脆断第35页，此课件共42页哦必须考虑应力状态对材料弹性失效的影响必须考虑应力状态对材料弹性失效的影响但此时的失效应力应通过能造成材料脆断的试验获得。但此时的失效应力应通过能造成材料脆断的试

19、验获得。二、对于常温、静载但具有某些特殊应力状态的情况二、对于常温、静载但具有某些特殊应力状态的情况不能只看材料不能只看材料综合材料、失效状态综合材料、失效状态选取适当的强度理论。选取适当的强度理论。塑性材料（如低碳钢）在三向拉伸应力状态下塑性材料（如低碳钢）在三向拉伸应力状态下呈脆断失效；呈脆断失效；应选用第一强度理论；应选用第一强度理论；第36页，此课件共42页哦但此时的失效应力应通过能造成材料屈服的试验获得。但此时的失效应力应通过能造成材料屈服的试验获得。在三向压缩应力状态下，在三向压缩应力状态下，脆性材料（如大理石）脆性材料（如大理石）呈塑性屈服失效状态；呈塑性屈服失效状态；应选用第三

20、、第四强度理论；应选用第三、第四强度理论；在在压缩型压缩型或混合型或混合型压应力占优压应力占优的应力状态下，的应力状态下，脆性材料脆性材料像铸铁一类脆性材料均具有像铸铁一类脆性材料均具有 的性能，的性能，可选择莫尔强度理论。可选择莫尔强度理论。第37页，此课件共42页哦1、下列说法中哪一个正确？、下列说法中哪一个正确？A：强度理论只适用于复杂应力状态；：强度理论只适用于复杂应力状态；B：第一、第二强度理论只适用于脆性材料；：第一、第二强度理论只适用于脆性材料；C：第三、第四强度理论既适用于塑性材料也适用于脆：第三、第四强度理论既适用于塑性材料也适用于脆性材料；性材料；D：第三、第四强度理论适用

21、于塑性流动破坏：第三、第四强度理论适用于塑性流动破坏第38页，此课件共42页哦2、强度理论符合下图混凝土立方块的破坏。强度理论符合下图混凝土立方块的破坏。A：第一强度理论；：第一强度理论；B：第二强度理论；：第二强度理论；C：第三强度理论；：第三强度理论；D：第四强度理论；：第四强度理论；第39页，此课件共42页哦3、机轴材料为、机轴材料为45号钢，工作时发生弯扭组合变形，宜采用号钢，工作时发生弯扭组合变形，宜采用 强度理论进行强度校核？强度理论进行强度校核？A：第一、第二；：第一、第二；B：第二、第三；：第二、第三；C：第三、第四；：第三、第四；D：第一、第四；：第一、第四；第40页，此课件共42页哦4、某碳钢材料工作时危险点处于三向等值拉伸应力、某碳钢材料工作时危险点处于三向等值拉伸应力状态，宜采用状态，宜采用 强度理论进行强度校核？强度理论进行强度校核？A：第一：第一 B：第二；：第二；C：第三；：第三；D：第四；：第四；第41页，此课件共42页哦5、危险点为二向拉伸应力状态的铸铁构件，采用、危险点为二向拉伸应力状态的铸铁构件，采用 强度理强度理论进行校核。论进行校核。A：只能用第一强度理论；：只能用第一强度理论；B：只能用第二；：只能用第二；C：第一、第二均可以；：第一、第二均可以；D：用第四、第三；：用第四、第三；第42页，此课件共42页哦