主讲老师张恒文.ppt
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1、主讲老师:张恒文,工程力学(1),(11),2019年5月7日,返回总目录,第二篇 弹性静力学,工程力学(1),第二篇 弹性静力学,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。,第11章 强度失效分析与设计准则,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
2、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。,第11章 强度失效分析与设计准则, 构件失效概念与失效分类, 强度失效判据与设计准则概述, 屈服准则, 断裂准则, 强度失效判据与设计准则的应用, 结论与讨论,第11章 强度失效分析与设计准则, 构件失效概念与失效分类,返回,返回总目录,失效由于材料的力学行为而使 构件丧失正常功能的现象., 构件失效概念与失效分类,失效由于材料的力学行为而使 构件丧失正常功能的现象., 构件失效概念与失效分类,失效分类, 强度失效(Failure by Lost Strength) 由
3、于断裂(Rupture)或屈服(Yield)引起的失效, 构件失效概念与失效分类, 强度失效, 构件失效概念与失效分类,失效分类, 刚度失效(Failure by Lost Rigidity) 由于过量的弹性变形引起的失效., 构件失效概念与失效分类, 刚度失效, 构件失效概念与失效分类,失效分类, 屈曲失效(Failure by Buckling,Failure by Lost Stability)由于平衡构形的 突然转变而引起的失效., 构件失效概念与失效分类, 屈曲失效, 构件失效概念与失效分类, 疲劳失效 (Failure by Fatigue)由于交变应力的作用, 初始裂纹不断扩展而
4、引起的脆性断裂., 蠕变失效 (Failure by Creep)在一定的温度和应力下, 应变随着时间的增加而增加,最终导致构件失效., 构件失效概念与失效分类, 松弛失效(Failure by Relaxation)在一定的温度下,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., 构件失效概念与失效分类,失效分类,强度失效 刚度失效 屈曲失效 疲劳失效 蠕变失效 松弛失效, 构件失效概念与失效分类,第11章 强度失效分析与设计准则, 强度失效判据与设计准则概述,返回,返回总目录,难 点 应力状态的多样性 试验的复杂性 不可能性与可能性, 强度失效判据与设计准则概述, 逐一由试验建立
5、失效判据的不可能性;, 对于相同的失效形式建立失效原因假说的可能性;, 利用拉伸试验的结果建立复杂应力状态下的失效判据。, 建立失效判据的途径及其可能性, 强度失效判据与设计准则概述, 两种强度失效形式, 屈 服, 断 裂,无裂纹体,含裂纹体, 强度失效判据与设计准则概述, 屈服准则 最大切应力准则 形状改变比能准则 断裂准则 无裂纹体的断裂准则最大拉应力准则 应用举例, 强度失效判据与设计准则概述,第11章 强度失效分析与设计准则, 屈服准则,返回,返回总目录, 屈服准则, 最大切应力准则, 畸变能密度准则, 屈服准则, 最大切应力准则, 最大切应力准则 (Trescas Criterion
6、), 屈服准则, 最大切应力准则,无论材料处于什么应力状态,只要发生屈服,都是由于微元内的最大切应力达到了某一共同的极限值。, 屈服准则, 最大切应力准则, 最大切应力准则 (Trescas Criterion),无论材料处于什么应力状态,只要发生屈服,都是由于微元内的最大切应力达到了某一共同的极限值。,失效判据,设计准则, 屈服准则, 最大切应力准则, 屈服准则, 畸变能密度准则, 形状改变比能准则(Misess Criterion), 屈服准则, 畸变能密度准则,无论材料处于什么应力状态,只要发生屈服,都是由于微元的形状改变比能达到了一个共同的极限值。, 屈服准则, 畸变能密度准则, 形状
7、改变比能准则(Misess Criterion),无论材料处于什么应力状态,只要发生屈服,都是由于微元的形状改变比能达到了一个共同的极限值。, 形状改变比能准则,失效判据,设计准则, 屈服准则, 畸变能密度准则,第11章 强度失效分析与设计准则, 断裂准则,返回,返回总目录, 断裂准则, 断裂失效的三种类型, 最大拉应力准则, 断裂准则, 断裂失效的三种类型, 断裂准则, 断裂失效的三种类型,零件或构件在载荷作用下,没有明显的破坏前兆(例如明显的塑性变形)而发生突然破坏的现象,称为断裂失效(failure by fracture or rupture)。工程上常见的断裂失效主要有三种类型。,
8、断裂准则, 断裂失效的三种类型, 无裂纹结构或构件的突然断裂。由脆性材料制成的零件或构件在绝大多数受力情形下大都发生突然断裂,例如受拉的铸铁零部件、混凝土构件等的断裂。, 具有裂纹(crack)构件的突然断裂。这类断裂不限于发生在脆性材料制成的零件或构件,它经常发生在由韧性材料制成的、由于各种原因而具有初始裂纹的零件或构件。, 构件的疲劳断裂(fatigue fracture)。构件在交变应力作用下,即使是韧性材料,当经历一定次数的交变应力作用之后也会发生脆性断裂。,第一类和第三类断裂问题属于本书讨论的范围;第二类断裂问题属于断裂力学(fracture mechanics)研究领域。本节主要介
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