强度失效分析与设计准则.pdf

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1、第11章强度失效分析与设计准则什么是“失效”；怎样从众多的失效现象中寻找失效规律；假设失效的共同原因，从而利用简单拉伸实验结果，建立一般应力状态的失效判据，以及相应的设计准则，以保证所设计的工程构件或工程结构不发生失效，并且具有一定的安全裕度。这些是本章将要涉及的主要问题。失效的类型很多，本章主要讨论静载荷作用下的强度失效。失效与材料的力学行为密切相关，因此研究失效必须通过实验研究材料的力学行为。实验是重要的，但到目前为止，人类所进行的材料力学行为与失效实验是很有限的。怎样利用有限的实验结果建立多种情形下的失效判据与设计准则，这是本章的重点。§11-1构件失效概念与失效分类§1

2、1-2强度失效判据与设计准则概述§11-3屈服准则11-3-1最大切应力准则11-3-2畸变能密度准则§11-4断裂准则11-4-1断裂失效的三种类型11-4-2最大拉应力准则§11-5强度失效判据与设计准则的应用1§11-6结论与讨论11-6-1关于强度失效的几点结论11-6-2关于失效准则的应用*11-6-3关于安全因数的确定习题本章正文返回总目录2第11章强度失效分析与设计准则§11－1构件失效概念与失效分类工程上，设计构件或元件时，都要根据设计要求，使之具有确定的功能。在某些条件下，例如过大的载荷或过高的温度，构件或元件有可能丧失它们应有的功能，此即构件或元件的失效。因

3、此，可以定义为，由于材料或构件的力学行为而使构件丧失正常功能的现象，称为失效（failure）。构件或元件在常温、静载作用下的失效，主要表现为强度失效、刚度失效以及失稳或屈曲失效、疲劳失效、蠕变失效和应力松弛失效。构件由于材料屈服或断裂（rupture）引起的失效，称为强度失效（failurebyloststrength）。构件由于过量的弹性变形或位移引起的失效，称为刚度失效（failurebylostrigidity）。构件由于平衡构形的突然转变而引起的失效，称为屈曲失效（failurebybuckling，failurebyloststability）。构件由于交变应力作用

4、发生断裂而引起的失效，称为疲劳失效（failurebyfatigue）。构件在一定的温度和应力作用下，变形或位移随着时间的增加而增加，最终导致构件失效，这种失效称为蠕变失效（failurebycreep）。构件在一定的温度作用下，应变保持不变，应力随着时间增加而降低，从而导致构件失效，这种失效称为松弛失效（failurebyrelaxation）。本章着重讨论强度失效并建立相应的设计准则。其他几种失效将在以后章节中加以介绍。§11－2强度失效判据与设计准则概述本书第7章中，通过拉伸实验建立了材料在单向应力状态下的失效判据s＝sss＝sb以及相应的设计准则：[]sss£s＝ns[

5、]sbs£s＝nb对于一般工程设计，这些失效判据与设计准则是远远不够的，因为工程构件或元件所处的应力状态是多种多样的。在一般应力状态下，材料将发生什么形式的失效？何时发生失效？怎样建立失效判据以及相应的设计准则？仅仅通过实验，还不能回答这些问题。材料在确定的应力状态（主应力s、s、s）下失效时，不仅与各个主应力的大小有关，1233而且与它们的比值有关。例如，脆性材料在三向等压的应力状态下会产生明显的塑性变形；韧性材料在三向拉伸应力状态下也会发生脆性断裂。这表明，在不同的主应力比值下，失效时的主应力值（用s0、s0、s0表示）各不相同。123实际构件或元件的受力多种多样，其主应力

6、比值也因此而异。如果仅仅通过实验建立失效判据，势必需要对每一种材料在每一种主应力比值的应力状态下进行实验，以确定每一种主应力比值下失效时的主应力值。这显然是不现实的。此外，对于某些应力状态（例如三向等拉），进行失效实验，在技术上也是难以实现的。但是，在有限的实验结果的基础上，可以对失效的现象加以归纳，寻找失效规律，从而对失效的原因作一些假说，即无论何种应力状态，也无论何种材料，只要失效形式相同，便具有共同的失效原因。这样，就可以应用一些简单实验的结果，预测材料在不同应力状态下何时失效，从而建立起材料在一般应力状态下失效判据与相应的设计准则。人们不难想到，轴向拉伸实验便是一种最简

7、单的实验。大量实验结果表明，材料在常温、静载作用下主要发生两种形式的强度失效：一种是屈服；另一种是断裂。本章将通过对屈服和断裂原因的假说，直接应用单向拉伸的实验结果，建立材料在各种应力状态下的屈服与断裂的失效判据，以及相应的设计准则。§11一3屈服准则工程上常用的屈服准则（yieldcriterion）主要有；最大切应力准则和畸变能密度准则。11－3－1最大切应力准则最大切应力准则（maximumshearingstresscriterion）认为：无论材料处于什么应力状态，只要发生屈服（或