强度理论-应力寿命法.
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之杨若古兰创作
四大强度原则理论:1、最大拉应力理论(第一强度理论):这一理论认为惹起材料脆性断裂破坏的身分是最大拉应力,不管什么应力形态,只需构件内一点处的最大拉应力σ1达到单向应力形态下的极限应力σb,材料就要发生脆性断裂.因而风险点处于复杂应力形态的构件发生脆性断裂破坏的条件是:σ1=σb.σb/s=[σ]所以按第一强度理论建立的强度条件为:σ1≤[σ].2、最大伸长线应变理论(第二强度理论):这一理论认为最大伸长线应变是惹起断裂的次要身分,不管什么应力形态,只需最大伸长线应变ε1达到单向应力形态下的极限值εu,材料就要发生脆性断裂破坏.εu=σb/E;ε1=σb/E.由广义虎克定律得:ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E所以σ1-u(σ2+σ3)=σb.按第二强度理论建立的强度条件为:σ1-u(σ2+σ3)≤[σ].3、最大切应力理论(第三强度理论):这一理论认为最大切应力是惹起屈服的次要身分,不管什么应力形态,只需最大切应力τmax达到单向应力形态下的极限切应力τ0,材料就要发生屈服破坏.τmax=τ0.依轴向拉伸斜截面上的应力公式可知τ0=σs/2(σs——横截面上的正应力)由公式得:τmax=τ1s=(σ1-σ3)/2.所以破坏条件改写为σ1-σ3=σs.按第三强度理论的强度条件为:σ1-σ3≤[σ].4、外形改变比能理论(第四强度理论):这一理论认为外形改变比能是惹起材料屈服破坏的次要身分,不
管什么应力形态,只需构件内一点处的外形改变比能达到单向应力形态下的极限值,材料就要发生屈服破坏.发生塑性破坏的条件为:所以按第四强度理论的强度条件为:sqrt(σ1^2+σ2^2+σ3^2-σ1σ2-σ2σ3-σ3σ1)<[σ]。
材料力学中的强度理论与应力分析方法材料力学是研究材料力学性质及其变形、破坏和断裂等状况的学科。
其中,强度理论是一种重要的理论方法,而应力分析方法则是强度理论的重要支撑。
本文将从材料强度理论和应力分析两个方面来探讨材料力学中的强度理论与应力分析方法。
一、强度理论强度是材料抵抗断裂、破坏的能力,也是材料的重要性能之一。
强度理论通常采用两种方法:极限破坏理论和应变能密度理论。
1.极限破坏理论极限破坏理论认为,当材料的最大应力超过其强度时,材料就会破坏。
这种理论关注的是材料抵抗断裂的能力,它主要包括如下几种:(1)最大应力理论:它认为,在拉伸或压缩中,当最大正应力或最大剪应力达到或超过材料的抗拉或抗剪强度时,材料就会发生断裂。
(2)最大努迈尔应力理论:它认为,在回转或剪切中,当最大努迈尔应力达到或超过材料的极限努迈尔应力时,材料会破裂。
(3)最大应变能理论:它认为,在材料加载过程中,当最大应变能密度达到或超过材料的极限应变能密度时,材料就会发生断裂。
2.应变能密度理论应变能密度理论就是根据能量原理,分析材料受力的能量对其破坏的影响。
应变能密度理论是通过对应变能密度进行分析而得出材料破坏的理论,它主要包括如下几种:(1)离散裂缝模型:它将材料分割成数个小块,并分析在这些小块中的应变能密度,从而得出材料的应变能密度分布图。
(2)连续裂缝模型:它将材料分成不同的层次,并通过不同层次之间的影响来分析材料的应变能密度。
(3)微观结构模型:它侧重于对材料内部微观结构的研究,从而得出材料内部应变能密度的分布情况。
二、应力分析方法应力分析方法是材料强度理论的重要支撑,它主要包括静力学分析、动力学分析和热力学分析三个方面。
1.静力学分析静力学分析是指材料在静止状态下各点所受的应力分析。
它主要采用等效应力理论和等效应变理论进行分析。
等效应力理论认为,当材料中各方向的应力大小不同时,我们可以通过一个等效应力来代表这些应力。
等效应力通常取其高或低值,从而来确定其破坏状态。
四种常用强度理论强度理论是推测强度失效原因的一些假说。
认为材料之所以按某种方式失效,是应力、应变或应变能密度等因素中某一因素引起的。
四种常用强度理论(1)最大拉应力理论(第一强度理论):试验证明,这一理论与铸铁、陶瓷、玻璃、岩石和混凝土等脆性材料的拉断试验结果相符,例如由铸铁制成的构件,不论它是在简单拉伸、扭转、二向或三向拉伸的复杂应力状态下,其脆性断裂破坏总是发生在最大拉应力所在的截面上。
但是这一理论没有考虑其他两个主应力的影响,且对没有拉应力的状态(如单向压缩、三向压缩等)也无法应用(2)最大伸长线应变理论(第二强度理论):(3)最大切应力理论(第三强度理论):(4)畸变能密度理论(第四强度理论):注意:1、对以上四个强度理论的应用,一般说脆性材料如铸铁、混凝土等用第一和第二强度理论;对塑性材料如低碳钢用第三和第四强度理论。
2、脆性材料或塑性材料,在三向拉应力状态下,应该用第一强度理论;在三向压应力状态下,应该用第三强度理论或第四强度理论。
3、第三强度理论概念直观,计算简捷,计算结果偏于保守;第四强度理论着眼于形状改变比能,但其本质仍然是一种切应力理论。
4、在不同情况下,如何选用强度理论,不单纯是个力学问题,而与有关工程技术部门长期积累的经验及根据这些经验制订的一整套计算方法和许用应力值有关。
第一强度理论--看一下它的强度条件的取得。
在简单拉伸试验中,三个主应力有两个是零,最大主应力就是试件横截面上该点的应力,当这个应力达到材料的极限强度sb时,试件就断裂。
因此,根据此强度理论,通过简单拉伸试验,可知材料的极限应力就是sb。
于是在复杂应力状态下,材料的破坏条件是s1=sb (a)考虑安全系数以后的强度条件是s1≤[s](1-59)需指出的是:上式中的s1必须为拉应力。
在没有拉应力的三向压缩应力状态下,显然是不能采用第一强度理论来建立强度条件的。
第二强度理论--看看它的强度条件的取得此理论下的脆断破坏条件是e1=ejx =sjx /E (b)由式(1-58)可知,在复杂应力状态下一点处的最大线应变为e1=[s1-m(s2+s3)]/E代入(b)可得[s1-m(s2+s3)]/E =sjx /E 或[s1-m(s2+s3)]=sjx将上式右边的sjx 除以安全系数及得到材料的容许拉应力[s]。