20講材料破壞形式和強(qiáng)度理論ppt課件

1、第二十講 材料破壞形式和強(qiáng)度理論 湖南理工學(xué)院曾紀(jì)杰 一一 材料失效形式材料失效形式(1)(1)屈屈 服流動(dòng)）：服流動(dòng)）： 材料破壞前發(fā)生顯著的塑性變形，破壞材料破壞前發(fā)生顯著的塑性變形，破壞斷面粒子較光滑，且多發(fā)生在最大剪應(yīng)力面斷面粒子較光滑，且多發(fā)生在最大剪應(yīng)力面上，例如低碳鋼拉、扭，鑄鐵壓。上，例如低碳鋼拉、扭，鑄鐵壓。(2)(2)斷斷 裂裂 材料無(wú)明顯的塑性變形即發(fā)生斷裂，斷面較粗糙，且多材料無(wú)明顯的塑性變形即發(fā)生斷裂，斷面較粗糙，且多發(fā)生在垂直于最大正應(yīng)力的截面上，如鑄鐵受拉、扭，低溫發(fā)生在垂直于最大正應(yīng)力的截面上，如鑄鐵受拉、扭，低溫脆斷等。脆斷等。 (3)(3)溫度的影響；應(yīng)力的

2、影響溫度的影響；應(yīng)力的影響二二 基本變形下強(qiáng)度條件直接比較）基本變形下強(qiáng)度條件直接比較）max,maxAFN（拉壓）（拉壓）maxmaxWM（彎曲）（彎曲）*maxzzsbISF（剪切）（剪切）（改動(dòng)）（改動(dòng)）maxpnWM（正應(yīng)力強(qiáng)度條件）（正應(yīng)力強(qiáng)度條件）（剪應(yīng)力強(qiáng)度條件）（剪應(yīng)力強(qiáng)度條件）式中式中,n為極限應(yīng)力為極限應(yīng)力n為極限應(yīng)力為極限應(yīng)力（通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定）（通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定）基本變形下的強(qiáng)度條件為什么可以這樣建立？由于(1)構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)比較簡(jiǎn)單單向應(yīng)力狀態(tài)純剪應(yīng)力狀態(tài)(2)用接近這類(lèi)構(gòu)件受力情況的試驗(yàn)裝置測(cè)定極限應(yīng)力值比較容易實(shí)現(xiàn)。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度條件是什么？怎樣建立？xxyy它的

3、強(qiáng)度條件是： x、y 嗎？ x、y實(shí)踐證明：強(qiáng)度與、均有關(guān)，相互影響例：易剪斷 不易剪斷就象推動(dòng)某物一樣：易動(dòng) 不易動(dòng) 強(qiáng)度與強(qiáng)度與xx、yy、z (1z (1223)3)間的比例有關(guān)間的比例有關(guān)1=2=0 1=2=3 單向壓縮，極易破壞 三向均有受壓，極難破壞石材123那么，復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度條件怎樣建立？由于由于(1)(1)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)各式各樣，無(wú)窮多種；復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)各式各樣，無(wú)窮多種； (2)(2)實(shí)驗(yàn)無(wú)窮無(wú)盡，不可能完成；實(shí)驗(yàn)無(wú)窮無(wú)盡，不可能完成；(3)(3)有些復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)，技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)有些復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)，技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期以來(lái)，隨著生產(chǎn)和實(shí)踐的發(fā)展，大量工程構(gòu)件強(qiáng)度失

4、效的實(shí)例和材料失效的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：雖然復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)各式各樣，但是材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度失效的形式卻是共同的，而且是有限的無(wú)論應(yīng)力狀態(tài)多么復(fù)雜，資料在常溫靜載作用下的主要發(fā)生兩種強(qiáng)度失效形式：一種是斷裂，另一種是屈服。強(qiáng)度理論的概念強(qiáng)度理論的概念何謂強(qiáng)度理論？何謂強(qiáng)度理論？根據(jù)材料在不同應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度失效共同原因的假根據(jù)材料在不同應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度失效共同原因的假說(shuō)，利用單向拉伸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的說(shuō)，利用單向拉伸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度條件，這就是強(qiáng)度理論。強(qiáng)度條件，這就是強(qiáng)度理論。 關(guān)于斷裂的強(qiáng)度理論關(guān)于斷裂的強(qiáng)度理論 最大拉應(yīng)力理論第一強(qiáng)度理論）最大拉應(yīng)力理論第一強(qiáng)

5、度理論） 最大拉應(yīng)變理論第二強(qiáng)度理論）最大拉應(yīng)變理論第二強(qiáng)度理論） 關(guān)于屈服的強(qiáng)度理論關(guān)于屈服的強(qiáng)度理論 最大切應(yīng)力理論第三強(qiáng)度理論）最大切應(yīng)力理論第三強(qiáng)度理論） 形狀改變比能理論第四強(qiáng)度理論）形狀改變比能理論第四強(qiáng)度理論） 莫爾理論莫爾理論三三 常用的強(qiáng)度理論常用的強(qiáng)度理論1 最大拉應(yīng)力理論第一強(qiáng)度理論） 無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài),只要發(fā)生脆性斷裂只要發(fā)生脆性斷裂,都是由都是由于微元內(nèi)的最大拉應(yīng)力達(dá)到了一個(gè)共同的極限值。于微元內(nèi)的最大拉應(yīng)力達(dá)到了一個(gè)共同的極限值。 omaxmaxb1 bb1n即即 11r1 1、未考慮另外二個(gè)主應(yīng)力影響，、未考慮另外二個(gè)主應(yīng)力影響，2

6、 2、對(duì)沒(méi)有拉應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)無(wú)法應(yīng)用，、對(duì)沒(méi)有拉應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)無(wú)法應(yīng)用，3 3、對(duì)塑性材料的破壞無(wú)法解釋?zhuān)?、?duì)塑性材料的破壞無(wú)法解釋?zhuān)? 4、無(wú)法解釋三向均壓時(shí)，既不屈服、也不破、無(wú)法解釋三向均壓時(shí)，既不屈服、也不破 壞的現(xiàn)象。壞的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明：此理論對(duì)于大部分脆性材料受拉應(yīng)力作用，實(shí)驗(yàn)表明：此理論對(duì)于大部分脆性材料受拉應(yīng)力作用，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相符合，如鑄鐵受拉、扭。結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相符合，如鑄鐵受拉、扭。2 最大拉應(yīng)變理論第二強(qiáng)度理論）1 無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài),只要發(fā)生脆性斷裂只要發(fā)生脆性斷裂,都是由于都是由于微元內(nèi)的最大拉應(yīng)變微元內(nèi)的最大拉應(yīng)變 （線(xiàn)變形達(dá)到簡(jiǎn)單拉伸時(shí)材

7、料的極限（線(xiàn)變形達(dá)到簡(jiǎn)單拉伸時(shí)材料的極限應(yīng)變值。應(yīng)變值。 11實(shí)驗(yàn)表明：此理論對(duì)于一拉一壓的二向應(yīng)力狀態(tài)的脆實(shí)驗(yàn)表明：此理論對(duì)于一拉一壓的二向應(yīng)力狀態(tài)的脆性材料的斷裂較符合，如鑄鐵受拉壓比第一強(qiáng)度理論性材料的斷裂較符合，如鑄鐵受拉壓比第一強(qiáng)度理論更接近實(shí)際情況。更接近實(shí)際情況。nEEb/)(1321即即)(3212r局限性：1 1、第一強(qiáng)度理論不能解釋的問(wèn)題，未能解決，、第一強(qiáng)度理論不能解釋的問(wèn)題，未能解決，2 2、在二向或三向受拉時(shí)，、在二向或三向受拉時(shí)， )(3212r11r似乎比單向拉伸時(shí)更安全，但實(shí)驗(yàn)證明并非如此。似乎比單向拉伸時(shí)更安全，但實(shí)驗(yàn)證明并非如此。31maxs屈服條件：強(qiáng)度條件：實(shí)驗(yàn)表明：此理論對(duì)于塑性材料的屈服破壞能夠得到較為滿(mǎn)意的解釋。并能解釋材料在三向均壓下不發(fā)生塑性變形或斷裂的事實(shí)。)0(max 2、不能解釋三向均拉下可能發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，、不能解釋三向均拉下可能發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，3 3、不適用于脆性材料的破壞。、不適用于脆性材料的破壞。 1 1、未考慮、未考慮 的影響，試驗(yàn)證實(shí)最大影響達(dá)的影響，試驗(yàn)證實(shí)最大影響達(dá)15%15%。20dduu213232221d)()()(61Eu屈服條件：2s0d31Eus213232221)()()(2