1、第八章第八章 失效分析與強度準則失效分析與強度準則 8. .1 概述概述 8. .2 斷裂準則斷裂準則 8. .3 屈服準則屈服準則材料力學材料力學(I)(I) 8. .6 應用舉例應用舉例8. .1 概述概述一、失效的概念一、失效的概念二、強度失效的兩種形式二、強度失效的兩種形式第八章第八章 失效分析與強度準則失效分析與強度準則三、強度準則的概念三、強度準則的概念8. .1 概述概述一、失效的概念一、失效的概念 剛度失效剛度失效 失穩失效失穩失效 疲勞失效疲勞失效 失效失效構件的主要失效形式：構件的主要失效形式： 強度失效強度失效材料的斷裂與屈服材料的斷裂與屈服構件產生過大的彈性變形構件產生

2、過大的彈性變形構件平衡狀態的改變構件平衡狀態的改變構件在交變應力作用下的突然斷裂構件在交變應力作用下的突然斷裂構件失去應有承載能力的現象構件失去應有承載能力的現象8. .1 概述概述二、強度失效的兩種形式二、強度失效的兩種形式 屈服屈服 斷裂斷裂材料失去抵抗材料失去抵抗變形變形能力的現象能力的現象材料失去抵抗材料失去抵抗承載承載能力的現象能力的現象 對于四種基本變形，已建立了兩個對于四種基本變形，已建立了兩個強度條件強度條件： maxmax max ssn bbn max二、強度失效的兩種形式二、強度失效的兩種形式8. .1 概述概述 ssn bbn 1. .單向應力狀態單向應力狀態2. .純

3、剪切應力狀態純剪切應力狀態對于塑性材料對于塑性材料對于脆性材料對于脆性材料對于塑性材料對于塑性材料對于脆性材料對于脆性材料 對于四種基本變形，對于四種基本變形， smax smax 二、強度失效的兩種形式二、強度失效的兩種形式8. .1 概述概述1. .單向應力狀態單向應力狀態2. .純剪切應力狀態純剪切應力狀態bmax 對于塑性材料對于塑性材料對于脆性材料對于脆性材料對于塑性材料對于塑性材料對于脆性材料對于脆性材料屈服判據屈服判據斷裂判據斷裂判據屈服判據屈服判據斷裂判據斷裂判據bmax 即已建立了如下即已建立了如下失效判據失效判據： 上述判據都是建立在試驗基礎上的上述判據都是建立在試驗基礎上

4、的 max max 在復雜應力狀態下，材料的失效形式不僅與每個主在復雜應力狀態下，材料的失效形式不僅與每個主應力的大小有關，還與主應力的組合有關。應力的大小有關，還與主應力的組合有關。 .ptDA 1 2 三個主應力的組合情況是多種多樣的三個主應力的組合情況是多種多樣的很難用試驗方法建立復雜應力狀態下的強度失效判據很難用試驗方法建立復雜應力狀態下的強度失效判據二、強度失效的兩種形式二、強度失效的兩種形式8. .1 概述概述例如：例如：FFtpD21 2412 tpD03 8. .1 概述概述三、強度準則的概念三、強度準則的概念引起材料強度失效的因素：引起材料強度失效的因素： 危險點的危險點的應

5、力應力、應變應變或或應變比能應變比能強度準則強度準則根據材料的強度失效現象，提出合理的根據材料的強度失效現象，提出合理的假設，利用簡單拉伸的試驗結果，建立假設，利用簡單拉伸的試驗結果，建立復雜應力狀態下的強度條件復雜應力狀態下的強度條件。8. .2 斷裂準則斷裂準則一、斷裂失效的三種形式一、斷裂失效的三種形式二、最大拉應力準則二、最大拉應力準則三、最大伸長線應變準則三、最大伸長線應變準則第八章第八章 失效分析與強度準則失效分析與強度準則8. .2 斷裂準則斷裂準則一、斷裂失效的三種形式一、斷裂失效的三種形式 1. .脆性材料的突然斷裂脆性材料的突然斷裂 2. .含裂紋或缺陷構件的斷裂含裂紋或缺

6、陷構件的斷裂 3. .漸進斷裂（疲勞斷裂）漸進斷裂（疲勞斷裂）二、二、最大拉應力準則（第一強度準則）最大拉應力準則（第一強度準則）該準則該準則認為：認為：最大拉應力是引起斷裂的主要原因最大拉應力是引起斷裂的主要原因即認為即認為：斷裂判據：斷裂判據：b1 強度準則：強度準則：1 8. .2 斷裂準則斷裂準則bbn 無論材料處于什么應力狀態，只要無論材料處于什么應力狀態，只要最大拉應力最大拉應力達到單向拉伸時的抗拉強度，材料就會發生脆達到單向拉伸時的抗拉強度，材料就會發生脆性斷裂。性斷裂。三、三、最大伸長線應變準則（第二強度準則）最大伸長線應變準則（第二強度準則）該準則該準則認為：認為：最大伸長線

7、應變是引起斷裂的主要原因最大伸長線應變是引起斷裂的主要原因即認為即認為：斷裂判據：斷裂判據：Eb1 強度準則：強度準則： 32111 E 321 b321 8. .2 斷裂準則斷裂準則無論材料處于什么應力狀態，只要無論材料處于什么應力狀態，只要最大伸長線最大伸長線應變達到單向拉伸時的極限應變，材料就會發應變達到單向拉伸時的極限應變，材料就會發生脆性斷裂。生脆性斷裂。8. .3 屈服準則屈服準則一、最大切應力準則一、最大切應力準則二、形狀改變比能準則二、形狀改變比能準則第八章第八章 失效分析與強度準則失效分析與強度準則8. .3 屈服準則屈服準則一、一、最大切應力準則（第三強度準則）最大切應力準

8、則（第三強度準則）該準則該準則認為：認為：最大切應力是引起屈服的主要原因最大切應力是引起屈服的主要原因即認為即認為：屈服判據：屈服判據：2smax 強度準則：強度準則：231max 31 s31 無論材料處于什么應力狀態，只要無論材料處于什么應力狀態，只要最大切應力最大切應力達到單向拉伸屈服時的切應力，材料就會發生達到單向拉伸屈服時的切應力，材料就會發生塑性屈服。塑性屈服。二、二、形狀改變比能準則（第四強度準則）形狀改變比能準則（第四強度準則）該準則該準則認為：認為：形狀改變比能是引起屈服的主要原因形狀改變比能是引起屈服的主要原因即認為即認為：屈服判據：屈服判據：fufuu 612132322

9、21f Eu 2612sfu Eu 8. .3 屈服準則屈服準則無論材料處于什么應力狀態，只要無論材料處于什么應力狀態，只要形狀改變比形狀改變比能達到單向拉伸屈服時形狀改變比能極限值，能達到單向拉伸屈服時形狀改變比能極限值，材料就會發生塑性屈服。材料就會發生塑性屈服。屈服判據：屈服判據：強度準則：強度準則： s21323222121 21 213232221 即認為即認為：無論材料處于什么應力狀態，只要無論材料處于什么應力狀態，只要形狀改變比形狀改變比能達到單向拉伸屈服時形狀改變比能極限值，能達到單向拉伸屈服時形狀改變比能極限值，材料就會發生塑性屈服。材料就會發生塑性屈服。二、二、形狀改變比能

10、準則（第四強度準則）形狀改變比能準則（第四強度準則）該準則該準則認為：認為：形狀改變比能是引起屈服的主要原因形狀改變比能是引起屈服的主要原因8. .3 屈服準則屈服準則8. .6 應用舉例應用舉例第八章第八章 失效分析與強度準則失效分析與強度準則一、強度準則的適用范圍一、強度準則的適用范圍二、強度準則的統一形式二、強度準則的統一形式三、應用舉例三、應用舉例8. .6 應用舉例應用舉例一、強度準則的適用范圍一、強度準則的適用范圍 斷裂準則：斷裂準則：通常適用于通常適用于脆性材料脆性材料 屈服準則：屈服準則： 三向拉應力且數值接近時，采用斷裂準則三向拉應力且數值接近時，采用斷裂準則通常適用于通常適

11、用于塑性材料塑性材料 三向壓應力且數值接近時，采用屈服準則三向壓應力且數值接近時，采用屈服準則8. .6 應用舉例應用舉例二、強度準則的統一形式二、強度準則的統一形式相當應力相當應力：ri 11r 3212r 313r 2132322214r21 3ct1rM 特例特例：對于平面應力狀態對于平面應力狀態xxxyxyyxyx02222231 xyxx主應力：主應力：相當應力：相當應力： 4223rxyx 224r3xyx 8. .6 應用舉例應用舉例8. .6 應用舉例應用舉例三、應用舉例三、應用舉例例例 4 工字形截面簡支梁由三根鋼板焊接而成，已知工字形截面簡支梁由三根鋼板焊接而成，已知: :

12、 =170MPa， =100MPa。試全面校核該梁的強度。試全面校核該梁的強度。解解：420F=200kNF4202.5mDCAB1. .確定危險截面確定危險截面200kN200kNFQ84kN m.M8.512028014z14例例 4 工字形截面簡支梁由三根鋼板焊接而成，已知工字形截面簡支梁由三根鋼板焊接而成，已知: : =170MPa， =100MPa。試全面校核該梁的強度。試全面校核該梁的強度。解解：420F=200kNF4202.5mDCAB2. .正應力校核正應力校核84kN m.M8.512028014z14zIyMmaxmaxmax MPa 108 . 07140108466

13、MPa 166 4323mm 122525 . 81201413312141202 zI46mm 108 .70 200kN200kNFQ例例 4 工字形截面簡支梁由三根鋼板焊接而成，已知工字形截面簡支梁由三根鋼板焊接而成，已知: : =170MPa， =100MPa。試全面校核該梁的強度。試全面校核該梁的強度。解解：420F=200kNF4202.5mDCAB3. .切應力校核切應力校核84kN m.M8.512028014z1446mm 108 .70 zIbISFzz*maxmaxQmax MPa 5 . 8108 . 071029110200633 MPa 6 .96 3*maxmm

14、22522122525 . 813314120 zS33mm 10291 200kN200kNFQ例例 4 工字形截面簡支梁由三根鋼板焊接而成，已知工字形截面簡支梁由三根鋼板焊接而成，已知: : =170MPa， =100MPa。試全面校核該梁的強度。試全面校核該梁的強度。解解：420F=200kNF4202.5mDCAB4. .主應力校核主應力校核84kN m.M8.512028014z14zECEIyM MPa 108 . 07126108466 E MPa 5 .149 E 3*mm 13314120 zES33*mm 10223 zESEzzECEbISF*Q MPa 5 . 8108 . 0710223