文学中国石油大学工程力学.pptx
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1、2023/3/25KylinsoftMOM-6-1Contents6.1 Stress state at a point6.2 Analysis of plane stress state-analytic method6.3 Analysis of plane stress state-graphical method6.4 Triaxial stress6.5 Theory of strength第1页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-2CPPv拉压Ps s围绕杆内某点取出无限小的六面体,分析其六个面的应力情况:AA应力应该是某点某方向的应力!6.1 Stress
2、 state at a point1.各种变形下的应力第2页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-3TTT6.1 Stress state at a pointCAAv扭转第3页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-46.1 Stress state at a pointCyzABCDEv弯曲AABBCCDDEE第4页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-56.1 Stress state at a pointCpps sPPAAAAv其它变形第5页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-66.1 Stres
3、s state at a pointCPA第6页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-7PP P6.1 Stress state at a pointCv不仅横截面上存在应力,斜截面上也存在应力;应力和斜截面的方向有关如轴向拉伸:面积为A横截面上的正应力斜截面k-k的面积Pkk斜截面k-k上的分布应力第7页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-8Pkk剪应力(与k-k面相切)正应力(与k-k面垂直)pa分解为正应力a和剪应力aPkk6.1 Stress state at a pointC杆内最大正应力杆内最大剪应力第8页/共107页2023/3/25
4、KylinsoftMOM-6-136.1 Stress state at a pointCv过一点不同方向面上的应力一般是不同的;过一点不同方向面上应力的集合,称之为这一点的应力状态(Stress state);应力状态分析就是要搞清楚过一点各个方向面上的应力应 力哪一个方向面上?哪一个方向面上?哪一点?哪一点?哪一点?哪一点?哪哪一一个方向面上?个方向面上?指明2.Stress state at a point(一点处的应力状态)第13页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-146.1 Stress state at a pointCv为了分析构件内任一点的应力状态,围
5、绕该点用3组相互垂直的无限接近平行平面截取构件所得到的小立方体(dxdydz)yxz第14页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-15v应力分量表示方法和符号规定6.1 Stress state at a pointC1)正应力:下标表示应力作用面法线方向和应力指向);指向应力作用面外法线为正正 应 力拉为正压为负第15页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-166.1 Stress state at a pointC2)剪应力:第一个下标表示应力作用面法线方向,第二个下标表示应力指向;对单元体内任一点的矩为顺时针时为正第16页/共107页2023/
6、3/25KylinsoftMOM-6-176.1 Stress state at a pointCv三向应力状态(Three dimensional state of stress)和平面应力状态(Two dimensional state of stress/Plane stress state)等三向应力状态平面应力状态yxzxy第17页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-186.1 Stress state at a pointCxyxy单向应力状态(One dimensional state of stress)(One dimensional state of
7、 stress)纯剪应力状态(Pure Shear state of stress)(Pure Shear state of stress)第18页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-196.1 Stress state at a pointC三向应力状态平面应力状态单向应力状态纯剪应力状态特例特例特例特例第19页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-20单轴应力状态(uniaxial):三个主应力中只有一个不为零。二轴应力状态(biaxial):三个主应力中有二个不为零。三轴应力状态(triaxial):三个主应力都不为零。单元体剪应力为零的面为
8、主平面,主平面上的正应力为主应力;对空间应力状态,过受力构件任意一点总可以找到三个相互垂直的主平面v主平面(Principal Planes)和主应力(Principal Stresses)规定:s s1 1 s s2 2 s s3 36.1 Stress state at a pointCAs1第20页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-216.1 Stress state at a pointC3.Samples(例子)Sample 6.1:确定危险点的位置(Determine the places of the critical points)并用单元体表示危险点
9、的应力状态(Draw stress elements to show the stress state of the critical points)Sample 6.2:圆筒形容器(Cylindrical pressure vessels)的应力状态Sample 6.3:圆球形容器(Spherical pressure vessels)的应力状态第21页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-22Sample 6.1:确定危险点的位置(Determine the places of the critical points)并用单元体表示危险点的应力状态(Draw stre
10、ss elements to show the stress state of the critical points)第22页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-23Sample 6.2(b):圆筒形容器(Cylindrical pressure vessels)的应力状态Thin-walled Pressure VesselsFrom figure b and c,Hoop stress.Where:t thickness of the vessel第23页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-24From figure f,Longitudi
11、nal stress.here,for thin-walled vessels,rorir第24页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-25Sample 6.3(a):圆球形容器(Spherical pressure vessels)的应力状态 For a sphere,any section that passes through the center of the sphere yields the same result what-ever the inclination of elements side.Hence,the maximum membrane str
12、esses for thin-walled spherical pressure vessels are Thin-walled Pressure Vessels第25页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-26C1.问题的提法v一点处某方向面上的应力可从该点处单元体的分析得出nt6.2 Analysis of plane stress state-analytic method第26页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-27v问题的提法xyna a由由x x正向逆时针转到正向逆时针转到n n正向为正向为正;反之为负。正;反之为负。已知已知 x x
13、、y y和和 xyxy,求给定斜面求给定斜面(用(用a a来表示)上的应力来表示)上的应力 a a和和 a aC6.2 Analysis of plane stress state-analytic method第27页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-28C6.2 Analysis of plane stress state-analytic methodxynntdAsinadAcosadASFn=0SFt=0利用2.斜面上的应力第28页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-29C6.2 Analysis of plane stress st
14、ate-analytic method平面应力变换公式(Transformation Equations for Plane Stress):xyn第29页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-30C6.2 Analysis of plane stress state-analytic method当当时,时,为最大或最小为最大或最小(algebraic)(algebraic)为为0 03.Principal Stresses(主应力)第30页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-31(最大正应力和最小正应力出现在两个相互垂直的截面上)C6.2 An
15、alysis of plane stress state-analytic method由得第31页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-33C6.2 Analysis of plane stress state-analytic method(剪应力互等定理)4.Maximum in-plane shear stresses(平面内最大剪应力)第33页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-35C6.2 Analysis of plane stress state-analytic method(此时,单元体各个面的正应力相等)5.一些结论第35页/
16、共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-36C6.2 Analysis of plane stress state-analytic method(最大和最小剪应力所在平面与主平面成45)第36页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-37C6.2 Analysis of plane stress state-analytic method6.Samples(例子)Sample 6.4:平面应力状态分析-解析法(纯剪切)Sample 6.5:平面应力状态分析-解析法(1)Sample 6.6:平面应力状态分析-解析法(2)Sample 6.7:平面应力状态
17、分析-解析法(梁的主应力)第37页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-38Sample 6.4:平面应力状态分析-解析法(纯剪切)纯剪切单元体的主应力yxx=0 y=0 xy=2a0=90 a0=4545-4545 =-45 =xy45铸铁圆棒扭转破坏为45 螺旋线。第38页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-39Sample 6.5:平面应力状态分析-解析法(1)x12MPayxyyxyxy46MPa19MPax1.4MPayxy32.6MPa31MPaxa如图单元体,求顺时针转动15时各面上的应力。解:x=-46MPa y=12MPa xy=
18、19MPaa=-15=-32.6MPa=31 MPa第39页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-40 x12MPayxyyxyxy46MPa19MPax1.4MPayxy32.6MPa31MPaxa与之垂直的平面:a+90=75 单元体两相互垂直面上正应力之和为常数第40页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-41C1.Equations of Mohrs circle(应力圆方程).2+2,得,得xyn令令,在在s s-t t坐标系下以坐标系下以(s saveraver,0)为圆为圆心、以心、以R为半径的圆为半径的圆应力圆应力圆(Mohrs ci
19、rcle)6.3 Analysis of plane stress state-graphical method第41页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-42AC6.3 Analysis of plane stress state-graphical methodO1)作出-坐标系;(,)方程:作法:xyn2)作出A(x,xy)点;xxy3)作出B(y,-xy)点;By-xy4)作出AB线段,交轴于C点;C5)以C为圆心,AB为直径作圆(可以证明,此圆满足上述方程)。2.Construction of Mohrs circle(应力圆作法)第42页/共107页2023
20、/3/25KylinsoftMOM-6-43C6.3 Analysis of plane stress state-graphical methodxynAOxxyBy-xyC2a=0D3.Stresses on an inclined element(倾斜单元体上的应力)第43页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-44点面对应点面对应应力圆上某一点的坐标值对应着单元体某一方应力圆上某一点的坐标值对应着单元体某一方向面上的正应力和剪应力向面上的正应力和剪应力转向对应转向对应半径旋转方向与方向面法线旋转方向一致半径旋转方向与方向面法线旋转方向一致二倍角对应二倍角对应半径旋
21、转角度是方向面法线旋转角度的两倍半径旋转角度是方向面法线旋转角度的两倍C6.3 Analysis of plane stress state-graphical method应力圆与单元体几种对应关系:xynAOxxyBy-xyC2a=0D第44页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-45C6.3 Analysis of plane stress state-graphical methodxynmaxP1P2minAOxxyBy-xyC2a=04.Principal stresses(主应力)第45页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-46S1C
22、6.3 Analysis of plane stress state-graphical methodxynS2maxAOxxyBy-xyCmaxP1P2min2a=05.Maximum in-plane shear stresses(最大剪应力)第46页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-47C6.3 Analysis of plane stress state-graphical method1)1)应用过程中,应当将应力圆作为思考、分析问题的工具,而应用过程中,应当将应力圆作为思考、分析问题的工具,而不是计算工具。不是计算工具。2)几种特殊的应力圆xy纯剪切OAB
23、-P1-P2有关试验6.其它有关应力圆第47页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-48C6.3 Analysis of plane stress state-graphical method单向拉伸OABxy单向压缩OABxy有关试验第48页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-49C6.3 Analysis of plane stress state-graphical method双向等拉OyxA,B双向等压OyxA,B第49页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-507.Samples(例子)Sample 6.8:平面应
24、力分析-图解法C6.3 Analysis of plane stress state-graphical method第50页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-51C1.Triaxial stress state(三轴应力状态)v一般的三向应力状态6.4 Triaxial stressyxz第51页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-52三个主应力中至少有一个是已知的(包括大小和方向)。v三向应力状态的一种特例szsxsyt txyt tyxsyt txyt tyxsxszC6.4 Triaxial stress第52页/共107页2023/3
25、/25KylinsoftMOM-6-53Cyxzypxpzpv三轴应力状态6.4 Triaxial stress三个主应力都不为零的应力状态规定:s s1 1 s s2 2 s s3 3第53页/共107页2023/3/25KylinsoftMOM-6-54CO132max平行于s3的方向面其上之应力与s3无关,于是由s1、s2可作出应力圆III平行于s1的方向面其上之应力与s1无关,于是由s2、s3可作出应力圆I平行于s2的方向面其上之应力与s2无关,于是由s3、s1可作出应力圆II其它任意方向面其上之应力位于阴影内IIIIII6.4 Triaxial stress第54页/共107页202
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