工力第14章复杂应力状态强度问题.ppt

单辉祖:材料力学教程 第 14 章 复杂应力状态强度问题 §1 引言 §2 关于断裂的强度理论§3 关于屈服的强度理论 §4 强度理论的应用 §5 弯扭组合与弯拉(压)扭组合 §6 承压薄壁圆筒强度计算 §7 含裂纹构件断裂失效概念 §1 引 言 ? 复杂应力状态强度问题 ? 材料静荷破坏形式与原因 ? 强度理论概说 ? 复杂应力状态强度问题 ? 材料静荷破坏形式与原因 ? 强度理论概说 §2 关于断裂的强度理论 ? 最大拉应力理论 ? 最大拉应变理论 ? 试验验证 ? 例题 ? 最大拉应力理论（第一强度理论） ? 最大拉应变理论（第二强度理论） ? 试验验证 ? 例 题 §3 关于屈服的强度理论 ? 最大切应力理论 ? 畸变能理论 ? 试验验证 ? 最大切应力理论（第三强度理论） ? 畸变能理论（第四强度理论） ? 试验验证 §4 强度理论的应用 ? 强度理论的选用 ? 一种常见应力状态的强度条件 ? 纯剪切许用应力 ? 例题 ? 强度理论的选用 ? 一种常见应力状态的强度条件 ? 纯剪切许用应力 ? 例 题 §5 弯扭与弯拉(压)扭组合 ? 弯扭组合强度计算 ? 弯拉(压)扭组合强度计算 ? 例题 ? 弯扭组合强度计算 ? 弯拉(压)扭组合强度计算 ? 例 题 §6 承压薄壁圆筒的强度计算 ? 薄壁圆筒实例 ? 承压薄壁圆筒应力分析 ? 承压薄壁圆筒强度条件 ? 例题 ? 薄壁圆筒实例 ? 承压薄壁圆筒应力分析 ? 承压薄壁圆筒强度条件 ? 例 题 §7 含裂纹构件断裂失效概念简介 ? 引 言 ? 应力强度因子概念 ? 断裂韧度与概念 ? 断裂判据概念 ? 引 言 ? 应力强度因子概念 ? 断裂韧度概念 ? 断裂判据概念 轴向应力 横与纵截面上均存在正应力，对于薄壁圆筒，可认为沿壁厚均匀分布 周向应力 1 径向应力 仅适用于的 薄壁圆筒 强度条件 塑性材料： 脆性材料： 例6-1 已知: [s], E, m, M = pD3p/4。 ? 按第三强度理论建立筒体强度条件 ? 计算筒体轴向变形 解：1. 应力分析 2. 强度分析 3. 轴向变形分析 二战期间，美国建造两千余艘全焊接货轮与油轮，在1943～1965年间，有20艘断为两截，发生低应力脆断。 ? 50年代，美国北极星导弹发动机壳体，在实验发射与耐压实验时，多次因破裂而爆炸，而其工作应力仅为屈服应力的一半。 在高压容器、飞机结构、机车与桥梁等工程中，也发生过很多脆断事故。 ? 经研究，由于冶炼、加工与使用等原因，构件中往往存在裂纹甚至宏观裂纹，而低应力脆断，就是在一定应力条件下发生迅速扩展所致。这种情况在高强度材料中尤为突出。 ? 断裂力学是固体力学的一个新分支，主要研究含裂纹材料与结构的宏观裂纹扩展规律。 张开型裂纹又称为Ⅰ型裂纹，最为常见，最为危险 ? 常见裂纹形式 本节主要结合Ⅰ型裂纹介绍有关概念 ? 裂纹尖端邻域（ r?a ）应力场 ? 试验也表明，对于一定材料与厚度的含裂纹平板，不论 s 与 a 各为何值，只要 KI 达到某一定值时，裂纹即开始扩展。 ? 可见，当 r 与j 一定 时，应力sx、sy 与txy 均随 而定，说明参数 之值，反映了裂纹尖端应力场的强弱程度，故称其为应力强度因子， 对于Ⅰ型裂纹，并用 KⅠ表示，即 材 料 ss/MPa sb/MPa KⅠc/(MPa·m1/2) bmin/mm 30CrMnSiNiA 1470 1780 84 8.2 300马氏体钢 1730 1850 90 6.8 7075-T6铝合金 500 560 32 10.2 ? 断裂韧度 使裂纹开始扩展的应力强度因子值，称为材料的断裂韧度，并用 Kc表示 。 ? 平面应变断裂韧度 当板厚大于某一数值 bmin 后，Kc 趋于某一稳定值，称为平面应变断裂韧度，对于Ⅰ型裂纹，并用 KIc 表示。 Kc与板厚 b 有关。 ? 几种材料的KIc 与 bmin 断裂韧度代表含裂纹材料抵抗断裂失效的能力。 ? 断裂判据 Ⅰ型裂纹开始扩展的条件为 ? 断裂判据的应用 当 b ≥bmin时，扩展的条件则为 ? 检验含裂纹构件，在给定应力作用下，裂纹是否扩展，或发生脆性断裂 ? 确定使裂纹开始扩展或脆性断裂的外加应力值，即确定临界应力 ? 确定在给定应力作用下裂纹的最大容许长度，即确定裂纹的临界长度 本章结束！ *