第7章_应力状态和强度理论

40 MPa.word 可编辑 .应力状态强度理论1. 图示单元体，试求60100 MPa(1)指定斜截面上的应力；(2)主应力大小及主平面位置，并将主平面标在单元体上。

解： (1)x y xy cos 2x sin 276.6 MPa22xy sin 2x cos232.7 MPa231 (2)max xy( x y) 2xy281.98MPa39.35min22121.98181.98MPa，2，3121.98MPa12xy12000arctan()arctan39.352x y24020060602. 某点应力状态如图示。

试求该点的主应力。

129.9129.9解：取合适坐标轴令x25 MPa，x由120xy sin 2xy cos20 得y2所以m axx y( xy ) 2xy 2m in 22129.9 MPa2525(MPa)125MPa50752( 129.9)250 150100 MPa2001 100MPa，20 ，3200MPa3. 一点处两个互成45 平面上的应力如图所示，其中未知，求该点主应力。

解：y150 MPa，x120 MPa.word 可编辑 .由得45xy sin 2xy cos 2x 15080 22x10MPa所以max xy(x y)2222xy min yx454545214.22 MPa 74.221214.22 MPa，20 ，45374.22MPa4.图示封闭薄壁圆筒，内径 d 100 mm，壁厚 t 2 mm，承受内压 p 4 MPa，外力偶矩 M e 0.192 kN·m。

求靠圆筒内壁任一点处的主应力。

0.19210 3解：xπ(0.10440.14)0.05 5.75MPat32x y pd MPa504tpd MPa1002tM e p M emax x y(x y ) 2xy2min22100.7 MPa 49.351100.7MPa，249.35 MPa，3 4 MPa5.受力体某点平面上的应力如图示，求其主应力大小。

7.5 三向应力状态
x平面上有正应力sx, 切 应力txy, 和txz。切应力
的两个下标中, 第一个 下标表示切应力所在 平面, 第二个下标表示 切应力的方向。
同理y平面上有正应力
sy, 切应力tyx, 和tyz; z 平面上有正应力sz, 切 应力tzx, 和tzy。
7.5 三向应力状态
在一般的空间应力 状态的9个应力分量 中, 根据切应力互等 定理, 在数值上有txy ＝tyx, txz＝tzx, tyz＝ tzy, 因 而 , 独 立 的 应 力分量是6个, 即sx, sy, sz, txy, tyz和tzx。
G
,
g yz
t yz
G
,
g zx
t zx
G
7.8 广义虎克定律
一般空间应力状态下, 在线弹性范围内、小变形 条件下各向同性材料的广义胡克定律:
ex
1 E
[s x
m(s
y
sz
)]
e
y
1 E
[s
y
m(s z
s x )]
ez
1 E
[s
z
m(s x
s y )]
g xy
t xy
G
,
g yz
t yz
G
,
g zx
s3
O
s3
s
O
z
x
s2
s1
整个单元体内的最大切应力为:
t max
s1 s3
2
7.5 三向应力状态
t
y
s2
tmax
s3
O z
D
s1
O
s
s3
x
s2
s1

由图(c)知，如果斜截面 e f 的面积为dA，则体元左侧 e b 的 面积为dA·cosa，而底面b f 的面 积为 dA·sina。图(d)示出了作用 于体元 e b f 诸面上的力。
体元的平衡方程为
Fn 0，
dA xdA co ssin xdA co c so ) s
ydA sin co sydA sin sin 0
值得注意的是，在应力圆圆周上代表单元体两个相互垂直的 x截面和y 截 面上应力的点 D1 和 D2 所夹圆心角为180˚，它是单元体上相应两个面之间夹 角的两倍，这反映了前述σa，τa计算公式中以2α为参变量这个前提。
利用应力圆求a 斜截面(图a)上的应力σa ，τa 时，只需将应力圆圆周上表
示x截面上的应力的点D1 所对应的半径 C按E 方位角 a 的转向转动2a角，得到 半径 C D，1 那么圆周上 E 点的座标便代表了单元体 a 斜截面上的应力。现证 明如下( 参照图b ) ：
§7-1 概 述
在第二章和第三章中曾讲述过杆受轴向拉压时和圆截面杆受扭时杆件内 一点处不同方位截面上的应力，并指出：一点处不同方位截面上应力的集合 (总体) 称之为一点处的应力状态。由于一点处任何方位截面上的应力均可根 据从该点处取出的微小正六面体 ── 单元体的三对相互垂直面上的应力来 确定，故受力物体内一点处的 应力状态 (state of stress) 可用一个单元体及其 上的应力来表示。
由以上两个平衡方程并利用切应力互等定理可得到以2α为参变量的求a 斜截面上应力σa ，τa 的公式：
x 2 y x 2 yc2 o sxs2 i n
x 2ysi2 nxco 2s
Ⅱ. 应力圆
为便于求得σa 、τa ，也为了直观地了解平面应力状态的一些特征，可使 上述计算公式以图形即所称的应力圆(莫尔圆Mohr’s circle for stresses)来表示。

7.10 强度理论概述 低碳钢在拉伸、压缩和扭转时 低碳钢在拉伸、压缩和扭转时, 当试件的应力达 到屈服点后, 就会发生明显的塑性变形, 到屈服点后 就会发生明显的塑性变形 使其失 去正常的工作能力, 去正常的工作能力 这是材料破坏的一种基本形 塑性屈服。 叫做塑性屈服 式, 叫做塑性屈服。 铸铁拉伸或扭转时, 铸铁拉伸或扭转时 在未产生明显的塑性变形的 情况下就突然断裂, 材料的这种破坏形式, 情况下就突然断裂 材料的这种破坏形式 叫做 脆性断裂。 脆性断裂 。 石料压缩时的破坏也是这种破坏形 式。
混凝土压缩时的力学性能 使用标准立方体试块测定
端面未润滑时的破 端面润滑时的 坏形式 破坏形式
（三）最大剪应力（第三强度）理论 最大剪应力（第三强度） 认为构件的屈服是由最大剪应力引起的。 认为构件的屈服是由最大剪应力引起的。当最 最大剪应力引起的 大剪应力达到单向拉伸试验的极限剪应力时， 大剪应力达到单向拉伸试验的极限剪应力时， 构件就破坏了。 构件就破坏了。 σ1 −σ3 σ s = =τs τ max = τ s τ max =
[
]
1+µ 2 = τ E
E ∴G= 2(1+µ )
7.10 强度理论概述
1．材料破坏的基本形式
在前面的实验中, 在前面的实验中 曾接触过一些材料的 破坏现象, 破坏现象 如果以低碳钢和铸铁两种材料 为例, 它们在拉伸(压缩 压缩)和扭转试验时的破 为例 它们在拉伸 压缩 和扭转试验时的破 坏现象虽然各有不同, 坏现象虽然各有不同 但都可把它归纳为 两类基本形式, 塑性屈服和脆性断裂。 两类基本形式 即塑性屈服和脆性断裂。
第一类强度理论-----脆性断裂的理论 脆性断裂的理论 第一类强度理论
第一强度理论---第一强度理论 最大拉应力理论 第二强度理论---第二强度理论 最大伸长线应变理论