清华大学土木工程系材料力学.ppt
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1、基础篇基础篇(7)材料力学材料力学 2024年年3月月20日日返回主目录返回主目录返回主目录返回主目录 第第7 7章章 强度失效分析与强度失效分析与 设计准则设计准则第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 失效的概念与分类失效的概念与分类 建立一般应力状态下强度失效建立一般应力状态下强度失效 判据与设计准则的思路判据与设计准则的思路 单向应力状态下材料的力学行单向应力状态下材料的力学行 为为 几种常用的强度设计准则几种常用的强度设计准则 结论与讨论结论与讨论 失效的概念与分类失效的概念与分类第第第第7 7 7 7
2、章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则失效失效由于材料的力学行为而使由于材料的力学行为而使 构件丧失正常功能的现象构件丧失正常功能的现象.失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则失效失效由于材料的力学行为而使由于材料的力学行为而使 构件丧失正常功能的现象构件丧失正常功能的现象.失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则
3、强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则失效分类失效分类 强度失效强度失效(Failure by Lost Strength)由于由于断裂断裂(Rupture)或或屈服屈服(Yield)引起的失效引起的失效失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 强度失效强度失效失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度
4、失效分析与设计准则失效分类失效分类 刚度失效刚度失效(Failure by Lost Rigidity)由于由于过量的弹性变形过量的弹性变形引起的失效引起的失效.失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 刚度失效刚度失效失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则失效分类失效分类 屈曲失效屈曲失效(Failure
5、by Buckling,Failure by Lost Stability)由于由于平衡构形平衡构形 的突然转变的突然转变而引起的失效而引起的失效.失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 屈曲失效屈曲失效 疲劳失效疲劳失效(Failure by Fatigue)由于由于
6、交变应力的作用交变应力的作用,初始裂纹初始裂纹不断扩展而不断扩展而 引起的脆性断裂引起的脆性断裂.蠕变失效蠕变失效(Failure by Creep)在一定的温度和应力下在一定的温度和应力下,应变随着时间的增加而应变随着时间的增加而 增加增加,最终导致构件失效最终导致构件失效.失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 松弛失效松弛失效(Failure by Relaxation)在在一定的温度下一定的温度下,应变保持不变应变保持不变,应力随着应力随着时
7、间增加而降低时间增加而降低,从而导致构件失效从而导致构件失效.失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则失效分类失效分类强度失效强度失效刚度失效刚度失效屈曲失效屈曲失效疲劳失效疲劳失效蠕变失效蠕变失效松弛失效松弛失效失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类失效的概念与分类第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 建立一般应力状态下建立一般应力状态下 强度失效判据与强度
8、失效判据与 设计准则的思路设计准则的思路第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 难难 点点 应力状态的多样性应力状态的多样性 试验的复杂性试验的复杂性 不可能性与可能性不可能性与可能性 建立强度失效判据与建立强度失效判据与建立强度失效判据与建立强度失效判据与 设计准则的思路设计准则的思路设计准则的思路设计准则的思路第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 逐一由试验建立失效判据的不可能性逐一由试验建立失效判据的不可能性逐一由试验建立失
9、效判据的不可能性逐一由试验建立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对于相同的失效形式建立失效原因假对于相同的失效形式建立失效原因假对于相同的失效形式建立失效原因假 说的可能性说的可能性说的可能性说的可能性 利用拉伸试验的结果建立复杂应力利用拉伸试验的结果建立复杂应力利用拉伸试验的结果建立复杂应力利用拉伸试验的结果建立复杂应力 状态下的失效判据状态下的失效判据状态下的失效判据状态下的失效判据 不可能性与可能性不可能性与可能性建立强度失效判据与建立强度失效判据与建立强度失效判据与建立强度失效判据与 设计准则的思路设计准则的思路设计准则的思路设计准则的思路第第第第7 7 7 7章章章
10、章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 两种强度失效形式两种强度失效形式(1)屈屈 服服(2)断断 裂裂无裂纹体无裂纹体含裂纹体含裂纹体建立强度失效判据与建立强度失效判据与建立强度失效判据与建立强度失效判据与 设计准则的思路设计准则的思路设计准则的思路设计准则的思路第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强
11、度失效分析与设计准则 弹性行为弹性行为 屈服行为屈服行为 断裂行为断裂行为 硬化与软化行为硬化与软化行为 卸载与重新加载行为卸载与重新加载行为 拉伸应力拉伸应力-应变曲线应变曲线 单向压缩应力状态下材料的力学行为单向压缩应力状态下材料的力学行为 单向应力状态下材料的失效判据单向应力状态下材料的失效判据单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 三种拉伸应力应变曲线三种拉伸应力应变曲线脆性材料脆性材料单向应
12、力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 拉伸应力应变曲线拉伸应力应变曲线韧性金属材料韧性金属材料单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则e 弹性极限弹性极限p 比例极限比例极限s 屈服极限屈服极限b 强度极限强度极限
13、 拉伸应力应变曲线拉伸应力应变曲线聚合物聚合物单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则0.2条件屈服应力条件屈服应力塑性应变塑性应变等于等于0.20.2时的应力值时的应力值 屈服行为屈服行为单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度
14、失效分析与设计准则 断裂行为断裂行为单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度指标强度指标强度指标强度指标(失效应力失效应力失效应力失效应力)韧性材料韧性材料韧性材料韧性材料0S 脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料0b韧性指标韧性指标韧性指标韧性指标脆脆性性材材料料韧性金属材料韧性金属材料延伸率延伸率延伸率延伸率单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的
15、力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 卸载与重新加载卸载与重新加载卸载卸载单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则再加载再加载 卸载与再加载卸载与再加载单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章章章 强
16、度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 单向压缩应力状态下单向压缩应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为 单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 单向压缩应力状态下单向压缩应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为 单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章
17、章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 单向应力状态下材料的失效判据单向应力状态下材料的失效判据韧性材料韧性材料脆性材料脆性材料max=0 0=b maxmax=0 00=s s单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下单向应力状态下 材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为材料的力学行为第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 几种常用的强度几种常用的强度 设计准则设计准则(四种四种)第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计
18、准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 屈服准则屈服准则 最大切应力准则最大切应力准则最大切应力准则最大切应力准则 形状改变能密度准则形状改变能密度准则形状改变能密度准则形状改变能密度准则 断裂准则断裂准则 无裂纹体的断裂准则无裂纹体的断裂准则无裂纹体的断裂准则无裂纹体的断裂准则最大拉应力准则最大拉应力准则最大拉应力准则最大拉应力准则 带裂纹体的断裂准则带裂纹体的断裂准则带裂纹体的断裂准则带裂纹体的断裂准则 线性断裂力学准则线性断裂力学准则线性断裂力学准则线性断裂力学准则 莫尔准则莫尔准则 应用举例应用举例几种常用的强度几种常用的强度几种常用的强度几种常用的强度 设计准则设计准则设计
19、准则设计准则第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 屈服准则屈服准则(Criteria of Yield)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无论材料处于什么应力状态,只要发生只要发生屈服屈服,都是由于微元内的最大切应力达到都是由于微元内的最大切应力达到了某一共同的极限值。了某一共同的极限值。几种常用的强度几种常用的强度几种常用的强度几种常用的强度 设计准则设计准则设计准则设计准则第第第第7 7 7 7章章章章 强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则强度
20、失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则 最大切应力准则最大切应力准则(Trescas CriterionTrescas Criterion)无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态无论材料处于什么应力状态,只要发生屈服只要发生屈服只要发生屈服只要发生屈服,都是由于微元内的最大切应力达到了某一共同都是由于微元内的最大切应力达到了某一共同都是由于微元内的最大切应力达到了某一共同都是由于微元内的最大切应力达到了某一共同的极限值。的极限值。的极限值。的极限值。1 1 2 2 3 3=s s几种常用的强度几种常用的强度几种常用的强度几种常用的强度 设计准则设计准则设计准
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