材料力学强度理论.pptxVIP

材料力学强度理论概述深入探讨材料在外界荷载作用下的强度特性,包括屈服、断裂、疲劳等行为,为工程设计提供理论依据。结合材料的力学性能、尺寸因素和环境条件,确定材料的可靠使用范围。AL作者：艾说捝

材料力学强度理论的基本概念应力和应变材料在外力作用下会产生内部应力和应变,这是材料力学强度理论的基础。应力和应变是衡量材料受力状态的重要参数。理想化模型为了更好地描述和分析材料的受力行为,人们通常采用理想化的材料模型,如弹性、塑性、完全弹塑性等。强度理论强度理论是预测材料在复杂应力状态下能否承受外荷载的理论依据,是设计与安全分析的重要工具。失效准则在不同的强度理论中,都有相应的失效准则,如最大应力说、最大应变说、最大切应力说等,用以判断材料是否达到极限状态。

材料力学强度理论的发展历程119世纪初期材料力学强度理论的研究最早可追溯到19世纪初期。当时主要关注金属材料的力学性能表现。219世纪中期随着工业革命的发展,对材料性能的研究日益深入。应力理论和应变理论逐步建立,为后续强度理论的发展奠定了基础。320世纪初期20世纪初,材料力学理论进入黄金时期。弹性理论、塑性理论和断裂理论得到进一步完善,多种强度理论相继提出。

应力理论应力的定义应力是物体内部力的作用效果,表示在物体微小截面上力的大小和方向。应力可分为法向应力和切向应力。应力分析应力分析是通过建立应力张量方程来描述物体内部应力状态的过程。应力张量可以表示三维空间内任意截面上的应力状态。Mohr圆应力分析Mohr圆是一种直观、简便的应力分析方法,通过Mohr圆可以确定平面应力状态下的主应力和最大切应力。

应变理论应变分析应变理论用于分析结构或材料中的应变状态,评估其性能和预测失效。数学模型应变理论建立了一套数学模型,描述应变与应力、位移等之间的关系。微观分析应变理论还可以用于分析材料内部微观结构的应变状态。

应力-应变关系应力-应变关系是材料力学中的一个基本概念。它描述了材料在受力过程中的应力和应变之间的关系。这种关系体现了材料的受载特性,是进行强度计算和分析的基础。通常以应力为横坐标,应变为纵坐标绘制,可以反映材料的弹性和塑性行为。

材料的各向同性和各向异性各向同性各向同性材料在任何方向上的物理性质都相同,如力学性能、热学性能、电磁性能等。这类材料具有均匀和等价的内部结构,如金属、玻璃和某些陶瓷材料。各向异性各向异性材料在不同方向上的物理性质不同,其内部结构存在明显的取向性。如木材、纤维增强复合材料、单晶材料等。这类材料在设计和应用中需要特别考虑其各向异性特征。

弹性理论1Hooke定律弹性理论研究了材料在受力作用下的应力-应变关系,其中Hooke定律是最基本的理论,描述了应力与应变成正比的特点。2应力张量弹性理论利用应力张量的方法来描述材料内部各点的应力状态,并通过应变张量描述材料的变形特征。3弹性常数材料的弹性特性用弹性模量、泊松比等弹性常数来表征,它们是材料力学行为的基本参数。4三维应力分析弹性理论可以对材料受力情况下的三维应力进行分析,为工程设计提供理论依据。

塑性理论塑性变形塑性理论研究材料在应力超过其屈服应力后发生永久性变形的行为特点。它描述材料在塑性变形过程中的应力-应变关系。屈服准则塑性理论建立了材料开始发生塑性变形的屈服准则,如vonMises准则和Tresca准则等。这些准则可预测材料的屈服行为。加工硬化塑性变形会导致材料的加工硬化,材料的强度和硬度会逐渐增加。塑性理论可以描述这一过程并预测材料的力学性能变化。

断裂理论1应力集中与裂纹材料中的应力集中区域容易产生裂纹,这些裂纹会逐步扩展导致材料破坏。了解应力集中及裂纹扩展规律对于预防材料断裂非常关键。2线弹性断裂力学线弹性断裂力学分析了裂纹尖端应力场,提出了应力强度因子等概念,可以预测裂纹的稳定和不稳定扩展。3塑性断裂力学对于存在明显塑性区的裂纹,需要使用塑性断裂力学理论,如J积分、塑性区尺寸等概念,准确分析裂纹扩展行为。4断裂韧性与断裂强度材料的断裂韧性和断裂强度是衡量材料抗断裂能力的重要指标,是进行材料选择和设计分析的关键参数。

疲劳理论疲劳过程分析疲劳理论分析了材料在周期性应力作用下的失效过程,包括应力-应变关系、疲劳极限和疲劳寿命等关键概念。疲劳裂纹分析疲劳理论描述了微观裂纹的形成、扩展和连贯,揭示了疲劳失效的机理。疲劳寿命预测基于疲劳理论,可以建立材料的S-N曲线,为工程设计提供疲劳寿命预测依据。

蠕变理论蠕变概念蠕变是指材料在恒定应力作用下随时间推移而发生的缓慢变形。它是材料在长期负载作用下的一种独特行为，对工程分析和设计至关重要。蠕变机理蠕变的主要原因是材料内部原子或分子相对位置的持续调整。温度升高、应力水平高以及时间延长都会加剧这一过程。蠕变特征材料蠕变一般包括初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕