材料力学第7章强度失效分析与设计准则第7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。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7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7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?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—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(FailurebyLostStrength)—由于断裂(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(FailurebyLostR
igidity)—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(FailurebyBuckling,FailurebyLostStability)—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(Failureby
Fatigue)—由于交变应力的作用,初始裂纹不断扩展而引起的脆性断裂.?蠕变失效(FailurebyCreep)—
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(Failureb
yRelaxation)—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第7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?强度失效判据与设计准则概述难点?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?建立失效判据的途径及其可能性?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。?强度失效判据与设计准则概述?两种强度失效形式?屈服无裂
纹体?断裂含裂纹体?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?应用举例第7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?屈服准则?最大切应力准则?最大切应
力准则(Tresca’sCriterion)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。?2?=?s?1?3?屈服准则?最大切应力准则?最大切应力准则(Tresca’sCriterion)
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。?2?=?s?1?3?屈服准则
?最大切应力准则失效判据设计准则?屈服准则?畸变能密度准则?屈服准则?畸变能密度准则?形状改变比能
准则(Mises’sCriterion)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。?2?=?s?1?3?屈服准则?畸变能密度准则?形状改变比能准则(Mises’sCriterion)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。?2?=?s?1?3?屈服准则?畸
变能密度准则?形状改变比能准则失效判据设计准则第7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（failurebyfrac
tureorrupture）。工程上常见的断裂失效主要有三种类型。?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（fatiguefracture）。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。本节主要介绍关于第一类断裂的判据与准则。疲劳断裂问题将在本书以后的专章中讨论。?断裂准则?
最大拉应力准则?断裂准则?最大拉应力准则?无裂纹体的断裂准则—最大拉应力准则(MaximumTensile
-StressCriterion)无论材料处于什么应力状态,只要生脆性断裂,都是由于微元内的最大拉应力达到了一个共同的极限值。
?2?=?b?1?3?断裂准则?最大拉应力准则?无裂纹体的断裂准则—最大拉应力准则(MaximumTens
ile-StressCriterion)无论材料处于什么应力状态,只要生脆性断裂,都是由于微元内的最大拉应力达到了一个共同的极
限值。?2?=?b?1?3?断裂准则?最大拉应力准则?无裂纹体的断裂准则—最大拉应力准则(MaximumT
ensile-StressCriterion)无论材料处于什么应力状态,只要生脆性断裂,都是由于微元内的最大拉应力达到了一个共
同的极限值。失效判据设计准则?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?韧性材料脆性断裂
?裂纹尖端的应力集中?断裂准则?带裂纹体的断裂准则?经典准则不再适用应力集中区域内材料处于三向拉伸应力状态材料由韧
性向脆性转变?线性断裂力学判据KI=KICKI—应力强度因子KIC—断裂韧性(由实验确定)第7章强度失效分析与设计准
则?强度失效判据与设计准则的应用返回返回总目录?强度失效判据与设计准则的应用?关于计算应力与应力强度将设计准则中直
接与许用应力[σ]比较的量,称之为计算应力σri或应力强度Si(最大拉应力准则)(最大切应力准则)(形状改变比能准则)?
强度失效判据与设计准则的应用例题1已知：铸铁构件上危险点的应力状态。铸铁拉伸许用应力[?]?=30MPa。试校
核:该点的强度。?强度失效判据与设计准则的应用?例题1解：首先根据材料和应力状态确定失效形式，选择设计准则。脆性
断裂，最大拉应力准则?max=?1?[?]?其次确定主应力?强度失效判据与设计准则的应用?例题1解：其次确定主应
力?强度失效判据与设计准则的应用?例题1?1＝29.28MPa,?2＝3.72MPa,?3＝0解：最后应用强度设计
准则校核强度?max=?129.28MPa<[?]?=30MPa结论：危险点的强度是安全的。?强度失效判据与设计准
则的应用例题2已知：?和?试写出:最大切应力准则和形状改变能密度准则的表达式。?强度失效判据与设计准则的应用?例
题2解：确定主应力?强度失效判据与设计准则的应用?例题2解：建立强度设计准则表达式对于最大切应力准则对于形状改变比能
准则第7章强度失效分析与设计准则?结论与讨论返回返回总目录?结论与讨论?关于强度失效的几点结论?关于失效准则的应用
?关于安全因数的确定?结论与讨论?关于强度失效的几点结论?结论与讨论?关于强度失效的几点结论?关于失效
的几点结论(1)要区分一点失效与构件失效应力均匀分布时，一点失效即构件失效?结论与讨论?关于强度失效的几点结论?关于失
效的几点结论(1)要区分一点失效与构件失效应力非均匀分布时，一点失效并不意味着构件失效。?结论与讨论?关于强度失效的几点结
论?关于失效的结论(1)要区分一点失效与构件失效应力非均匀分布时，一点失效并不意味着构件失效。?结论与讨论?关于强度
失效的几点结论?关于失效的结论(2)要区分构件失效与结构失效对于静定结构，其中的一个构件失效将导致结构失效.?结论与讨论
?关于强度失效的几点结论?关于失效的结论(2)要区分构件失效与结构失效等于超静定结构，其中的某一构件失效并不意味着结构
失效。???????结论与讨论?关于强度失效的几点结论?关于失效的结论(3)要注意强度失效不仅与应力大小有关，而且与
应力状态有关。韧性材料脆性断裂塑性变形脆性材料?结论与讨论?关于失效准则的应用?结论与讨论?关于失效准则的应用要
注意不同设计准则的适用范围?对于大多数韧性材料在一般应力状态下发生塑性屈服；?对于大多数脆性材料在一般应力状态下发生脆性
断裂；?要注意例外。?结论与讨论?关于失效准则的应用要注意强度设计的全过程?设计准则并不包括强度设计的全过程，只是
在确定了危险点及其应力状态之后的计算过程。因此，在对构件或零部件进行强度计算时，要根据强度设计步骤进行。特别要注意的是，在复杂受力
形式下，要正确确定危险点以及危险点的应力状态，并根据可能的失效形式选择合适的设计准则。这一问题将在下一章作详尽的讨论。?结论与
讨论?关于安全因数的确定?结论与讨论?关于安全因数的确定根据不同工程部门对结构和构件的要求，正确选择安全因数是重要
的工程任务。绝大多数情形下都是由工业部门以至国家规定的。选择安全因数的总原则是既安全又经济。具体选择时需要考虑以下几方面：?结
论与讨论?关于安全因数的确定?材料性能方面的差异冶炼、加工过程中成分和强度都会有微小差异。?在结构或机器的使用期限
内加载的次数绝大多数结构和机器在“服役”期都要经历着多次“启动（加载）－运行（载荷维持不变）－停车（卸载）”的过程。材料的强度将
随着加载、卸载次数的增加而减小。?设计时所考虑的或者将来可能承受的荷载类型绝大多数情形下，设计载荷很难是精确已知的，只能是工
程估算的结果。此外，使用场合的变化或变更，也会引起实际载荷的变化。动载荷、循环载荷以及冲击载荷作用，安全因数要稍大些。?结论与讨论?关于安全因数的确定?可能发生的失效形式脆性材料失效（断裂）前没有明显的预兆，而是突然发生的。韧性材料失效时有明显的变形，在失效前有预兆，能知道超载的存在。前一种情形下，一般取较大的安全因数；后一种情形下安全因数较小。?分析方法的不精确性所有工程设计方法，都以一定的简化假定作基础，由此得到的计算应力只是实际应力的近似。方法精度越高，安全因数越小。?由于保养不善或其他自然因素引起的损伤对于在腐蚀或锈蚀等难以控制甚至难以发现的条件下工作的构件，安全因数要偏大。课外作业7－13，7－14，7－16,7－17谢谢大家返回总目录返回 |
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