強(qiáng)度失效分析與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則第1頁，共16頁。優(yōu)選強(qiáng)度失效分析與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則第2頁，共16頁。一、失效的概念失效-由于材料的力學(xué)行為而使構(gòu)件喪失正常功能的現(xiàn)象?！?1-1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則失效分類強(qiáng)度失效—由于斷裂或屈服引起的失效；剛度失效—由于過量的彈性變形引起的失效；屈服失效—由于平衡構(gòu)形的突然轉(zhuǎn)變而引起的失效；疲勞失效—由于交變應(yīng)力的作用，初始裂紋不斷擴(kuò)展而引起的脆性斷裂；蠕變失效—在一定的溫度和應(yīng)力下，應(yīng)變隨著時間的增加而增加，最終導(dǎo)致構(gòu)件失效；松弛失效—在一定的溫度下，應(yīng)變保持不變，應(yīng)力隨著時間增加而降低，從而導(dǎo)致構(gòu)件失效。第3頁，共16頁。強(qiáng)度失效形式：脆性斷裂：是指材料經(jīng)過彈性變形后只發(fā)生很小塑性變形或無塑性變形時就突然斷裂的現(xiàn)象。塑性屈服：是指材料通過彈性變形后發(fā)生顯著的塑性變形，從而使構(gòu)件的形狀發(fā)生不良的永久變形。第4頁，共16頁。建立一般應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度失效判據(jù)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的思路：假設(shè)失效的共同原因，從而建立失效判據(jù)，以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以保證所設(shè)計(jì)的工程構(gòu)件或工程結(jié)構(gòu)不發(fā)生失效，并且具有一定的安全裕度。第5頁，共16頁。二、失效準(zhǔn)則●最大拉應(yīng)力理論（無裂紋體脆性斷裂準(zhǔn)則、第一強(qiáng)度理論）

該理論不論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，引起材料脆性斷裂破壞的主要原因是最大拉應(yīng)力，并認(rèn)為當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的最大拉應(yīng)力達(dá)到單向應(yīng)力狀態(tài)破壞時的最大拉應(yīng)力時，材料便發(fā)生斷裂破壞。由此，材料的斷裂判據(jù)為第6頁，共16頁?！褡畲笄袘?yīng)力準(zhǔn)則（塑性屈服準(zhǔn)則、第三強(qiáng)度理論）

該理論認(rèn)為材料發(fā)生塑性屈服破壞是由最大切應(yīng)力引起的：復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)最大切應(yīng)力

max達(dá)到單向拉伸時發(fā)生塑性屈服破壞的最大切應(yīng)力

S時，材料發(fā)生塑性屈服破壞，即屈服條件為第7頁，共16頁?！窕兡苊芏壤碚摚ㄋ苄郧?zhǔn)則、第四強(qiáng)度理論）

該理論認(rèn)為材料發(fā)生塑性屈服破壞是由畸變能密度引起的：復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)畸變能密度vd

達(dá)到單向拉伸時發(fā)生塑性屈服破壞的畸變能密度vd，材料發(fā)生塑性屈服破壞。相關(guān)理論分析可得三向應(yīng)力狀態(tài)下的畸變能密度為單向拉伸至屈服時，

，

代入上式得到單向拉伸至屈服時的畸變能密度為第8頁，共16頁。按照畸變能密度理論，屈服判據(jù)為第9頁，共16頁。為保證完成其正常功能，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件必須具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛度。強(qiáng)度

—結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵抗破壞的能力承擔(dān)預(yù)定的載荷而不發(fā)生破壞，則強(qiáng)度足夠。所有的構(gòu)件(不允許破壞機(jī)械、結(jié)構(gòu);

需要破壞時，如剪板、沖孔、安全堵等),

都有必要的強(qiáng)度要求。三.強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及其適用范圍第10頁，共16頁。結(jié)構(gòu)/構(gòu)件強(qiáng)度的控制參量是應(yīng)力。工作應(yīng)力：

構(gòu)件在可能受到的最大工作載荷作用下的應(yīng)力。

(由力學(xué)分析計(jì)算得到)極限應(yīng)力：

s、

b材料可以承受的強(qiáng)度指標(biāo)。塑性材料：

s；

脆性材料：

b

(通過材料力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)得到)

s

塑性材料

b

脆性材料強(qiáng)度判據(jù)：

(作用抗力)

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的工作應(yīng)力

材料的極限應(yīng)力第11頁，共16頁。依據(jù)強(qiáng)度判據(jù)，將工作應(yīng)力限制在極限應(yīng)力內(nèi)，還不足以保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的安全。因?yàn)檫€有誤差：1)力學(xué)分析的可能誤差包括載荷估計(jì)；分析、簡化和計(jì)算誤差；尺寸制造誤差等。2)材料強(qiáng)度指標(biāo)的誤差包括實(shí)驗(yàn)誤差，材料的固有分散性誤差等。3)不可預(yù)知的其他誤差偶然超載，制造損傷，工作與實(shí)驗(yàn)條件不同等。因此，實(shí)際許用應(yīng)力[

]為：

[

]

s/n

或[

]

b/n

安全系數(shù)

n>1，故極限應(yīng)力大于許用應(yīng)力。將極限應(yīng)力與許用應(yīng)力之差作為安全儲備。第12頁，共16頁。

強(qiáng)度準(zhǔn)則的統(tǒng)一形式：

r

稱為計(jì)算應(yīng)力第13頁，共16頁。強(qiáng)度理論的選用一般情況下：脆性材料，選擇斷裂準(zhǔn)則；塑性材料，宜采用屈服準(zhǔn)則。特殊情況下：三向受拉時，不論是脆性材料還是塑性材料，選用最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則；三向壓縮時，不論是脆性材料還是塑性材料，選用屈服準(zhǔn)則。第14頁，共16頁。例：已知鑄鐵構(gòu)件上危險點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)。若鑄鐵拉伸許用應(yīng)力為，試效核該點(diǎn)處的