b第10讲 2失效分析与设计准则

工程构件的

失效分析与设计准则第十讲二张宇主讲工程构件的失效分析与设计准则

引论—工程中的强度、刚度和稳定性问题复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则

三个强度理论应用举例结论与讨论张宇主讲引论

工程中的强度、刚度和稳定性问题工程构件的失效分析与设计准则张宇主讲强度问题

强度—不因发生断裂或塑性变形而失效

强度失效—由于断裂(rupture)或屈服(yield)引起的失效工程构件的失效分析与设计准则张宇主讲

工程中的强度问题EraoftheExploration

张宇主讲

工程中的强度问题张宇主讲选择题图示矩形截面直杆，右端固定，左端在杆的对称平面内作用有集中力偶M。关于固定端处横截面A-A上的内力分布，有四种答案，根据弹性体的特点，下列答案中合理的是（）

工程中的强度问题张宇主讲制作暖气片的材料灰口铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织张宇主讲长江三峡工程

工程中的强度问题张宇主讲核反应堆结构

工程中的强度问题张宇主讲（讲义10－1）

选择题：厚壁玻璃杯注入沸水时，其内、外壁任一点处的应力状态（）。

A分别是单向拉伸和单向压缩

B分别是单向压缩和单向拉伸

C均是单向压缩

D均是单向拉伸

工程中的强度问题张宇主讲（讲义10－1）

选择题：厚壁玻璃杯注入沸水时，其内、外壁任一点处的应力状态（）。

A分别是单向拉伸和单向压缩

B分别是单向压缩和单向拉伸

C均是单向压缩

D均是单向拉伸

如果杯子破裂（断裂），应该从外壁开始。

工程中的强度问题张宇主讲刚度问题

刚度—不因发生过大的弹性变形而失效刚度失效—由于过大的弹性变形引起的失效工程构件的失效分析与设计准则张宇主讲

工程中的刚度问题张宇主讲

工程中的刚度问题张宇主讲SpaceShuttleDiscovery

工程中的刚度问题张宇主讲

工程中的刚度问题海湾大桥YokohamaBaybridge

张宇主讲

工程中的刚度问题桥面结构张宇主讲桥面结构问题桥面设计的很厚行不行？桥面设计的很薄行不行？

工程中的刚度问题张宇主讲

工程中的刚度问题张宇主讲高刚度的桥面结构刚度问题

工程中的刚度问题张宇主讲稳定性问题

稳定性—不因发生平衡形式的突然改变而失效屈曲失效—由于平衡形式的突然改变引起的失效张宇主讲

工程中的稳定性问题张宇主讲桁架中的压杆

工程中的稳定性问题张宇主讲高压输电线路保持相间距离的受压构件

工程中的稳定性问题张宇主讲

工程中的稳定性问题张宇主讲“Suchfailurescanbecatastrophicandleadtoalargelossoflifeaswellasmajoreconomicloss”

工程中的稳定性问题张宇主讲失效分类强度失效刚度失效屈曲失效等张宇主讲复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲请注意！关键是要建立复杂应力状态下强度失效判据与设计准则的思路

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

难点

应力状态的多样性

试验的复杂性

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

难点应力状态的多样性

s1s2s3

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

难点试验的复杂性

s1s2s3

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲重要思路不可能性与可能性

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲由于应力状态的多样性和实验的复杂性逐一由试验建立失效判据是不可能的重要思路不可能性

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲通过有限的实验寻找构件失效的相同的形式就可以利用最简单的试验的结果建立复杂应力状态下的失效判据和设计准则★重要思路★可能性对这个相同形式进行假说，假设对同一个失效形式，其失效原因是相同的张宇主讲我们已经知道，某个随机事件在一次试验中是否发生带有偶然性，但大量试验中，它的发生具有统计规律性，于是，就可以通过大量（近似为无穷多次）的重复试验，去寻找这个客观存在的规律。随机事件统计规律性的应用张宇主讲不可能性可能性随机事件统计规律性的应用不可能性：由于各种条件的制约，不可能每个问题都经过大量试验来得出结论，这是现实问题。张宇主讲通过简单的有限的试验寻找事件发生的共同的规律就可以用简单有限的试验去发现并利用好规律性。★重要思想★对这个共同规律进行假说和分析张宇主讲1999－70. Theauthorimpliesthattheresultsofscientificresearch________.[A]maynotbeasprofitableastheyareexpected[B]canbemeasuredindollarsandcents[C]relyonconformitytoastandardpattern[D]aremostlyunderestimatedbymanagement张宇主讲2001－65. Fromparagraph4wecaninferthat________.[A]theincreasingconcentrationiscertaintohurtconsumers[B]WorldComservesasagoodexampleofbothbenefitsandcosts[C]thecostsoftheglobalizationprocessareenormous[D]theStandardOiltrustmighthavethreatenedcompetition张宇主讲2005－34. Cartwrightseemstosuggestthat________.[A]wakingupintimeisessentialtotheriddingofbaddreams[B]visualizingbaddreamshelpsbringthemundercontrol[C]dreamsshouldbelefttotheirnaturalprogression[D]dreamingmaynotentirelybelongtotheunconscious张宇主讲2007－27. WhatcanbeinferredaboutintelligencetestingfromParagraph3?[A]PeoplenolongeruseIQscoresasanindicatorofintelligence.[B]MoreversionsofIQtestsarenowavailableontheInternet.[C]Thetestcontentsandformatsforadultsandchildrenmaybedifferent.[D]Scientistshavedefinedtheimportantelementsofhumanintelligence.张宇主讲2007－29. Wecanconcludefromthelastparagraphthat[A]testscoresmaynotbereliableindicatorsofone’sability.[B]IQscoresandSATresultsarehighlycorrelated.[C]testinginvolvesalotofguesswork.[D]traditionaltestareoutofdate.张宇主讲通过有限的简单试验，我们发现了一个共同的规律——委婉中庸：正确答案，尤其是所谓的推理问题，往往含有委婉的，可能性的，不绝对的词语。这时就可以做原因分析：正确答案毕竟是对原文的解释，体会命题人的心理（博弈的思想）。张宇主讲练习2002－43. Itcanbeinferredfromthetextthatpublicservices________.[A]havebenefitedmanypeople[B]arethefocusofpublicattention[C]areaninappropriatesubjectforhumor[D]haveoftenbeenthelaughingstock张宇主讲练习2004－54. Whycanmanypeoplesee“silverlinings”totheeconomicslowdown?[A]Theywouldbenefitincertainways.[B]Thestockmarketshowssignsofrecovery.[C]Suchaslowdownusuallyprecedesaboom.[D]Thepurchasingpowerwouldbeenhanced.张宇主讲阅读理解方法总结逻辑关系：如果A能推出B，则选。。。在遇到两个非常接近的答案时，最后用逻辑性作出的判别。张宇主讲2003－43. Thephrase“makingthebiggestsplash”(line1,paragraph3)mostprobablymeans________.[A]causingthebiggesttrouble[B]exertingthegreatesteffort[C]achievingthegreatestsuccess[D]enjoyingthewidestpopularity张宇主讲2003－44. Itcanbelearnedfromparagraph4that________.[A]Straitford’spredictionaboutUkrainehasprovedtrue[B]Straitfordguaranteesthetruthfulnessofitsinformation[C]Straitford’sbusinessischaracterizedbyunpredictability[D]Straitfordisabletoprovidefairlyreliableinformation张宇主讲2007－22. Theword“mania”(Line4,Paragraph2)mostprobablymeans[A]fun.[B]craze.[C]hysteria.[D]excitement.张宇主讲过程：一、寻找相同的失效形式二、利用最简单的试验的结果三、建立复杂应力状态下的失效判据和设计准则

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲两种强度失效形式(1)屈服(2)断裂一、寻找相同的失效形式

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

单向应力状态下材料的失效判据韧性材料脆性材料max=bmax=s二、利用最简单的试验的结果

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲补充内容

拉伸与压缩时材料的

力学性质

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲材料的拉伸实验应力应变图低碳钢的拉伸实验标准试件标距，通常取或

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲1.弹性阶段oab弹性变形：外力卸去后能够恢复的变形塑性变形（永久变形）：外力卸去后不能恢复的变形

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲这一阶段可分为：斜直线Oa和微弯曲线ab。比例极限弹性极限

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲屈服极限2.屈服阶段bc上屈服极限下屈服极限

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲 表面磨光的试件，屈服时可在试件表面看见与轴线大致成45°倾角的条纹。这是由于材料内部晶格之间相对滑移而形成的，称为滑移线。因为在45°的斜截面上剪应力最大。

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲强化阶段的变形绝大部分是塑性变形3.强化阶段cd强度极限

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲4.

颈缩阶段de

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲比例极限σp

屈服极限σs强度极限σb其中σs和σb是衡量材料强度的重要指标张宇主讲延伸率:

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲截面收缩率:

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲冷作硬化现象经过退火后可消除卸载定律：冷作硬化材料在卸载时应力与应变成直线关系张宇主讲没有屈服现象和颈缩现象,只能测出其拉伸强度极限灰口铸铁的

拉伸实验张宇主讲应力集中的概念CL3TU10开有圆孔的板条带有切口的板条因杆件外形突然变化而引起局部应力急剧增大的现象，称为应力集中张宇主讲：发生应力集中的截面上的最大应力理论应力集中系数：：同一截面上按净面积算出的平均应力张宇主讲许用应力安全系数的选择许用应力就是杆件实际应力允许达到的最高限度张宇主讲对于塑性材料

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲对于脆性材料

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲三个强度理论与应用举例三、建立复杂应力状态下的失效判据和设计准则

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

屈服准则

最大切应力准则

形状改变能密度准则

断裂准则

无裂纹体的断裂准则—最大拉应力准则

应用举例

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

屈服准则(CriteriaofYield)

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。

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

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。123=s

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲123=s

最大切应力准则设计准则失效判据

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

形状改变能密度准则(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能密度达到了一个共同的极限值。

屈服准则(CriteriaofYield)

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

形状改变能密度准则123=s

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

形状改变比能准则失效判据设计准则

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

断裂准则(CriteriaofFracture)

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,只要发生脆性断裂,都是由于微元内的最大拉应力达到了一个共同的极限值。

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲123=b

无裂纹体的断裂准则—最大拉应力准则

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

无裂纹体的断裂准则—最大拉应力准则失效判据设计准则

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

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)

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

应用举例例题1已知：铸铁构件上危险点的应力状态。铸铁拉伸许用应力[]t=30MPa。试校核:

该点的强度。

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲解：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[]t其次确定主应力例题1

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲其次确定主应力例题1

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲其次确定主应力1＝29.28MPa,2＝3.72MPa,3＝0max=1<[]=

30MPa结论：强度是安全的。例题1

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲已知：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。例题2

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲解：首先确定主应力例题2

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲例题2对于最大切应力准则对于形状改变比能准则

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲例3（综例）No20a工字钢梁受力如图，已知材料的许用应力，校核其强度。

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲解：（一）画梁的剪力图和弯矩图危险截面发生在C、D截面MC=32KN·m

QC=100KN

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲（二）强度校核a．正应力强度校核（K1）点先绘出C截面正应力分布图和剪应力分布图。C截面

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲b．切应力强度校核(K2)点C截面正应力和剪应力强度条件均满足。

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲c．校核腹板和翼板交接处（K3）点的强度。K3点处的复杂应力状态，绘出K3点的应力状态图。C截面

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲说明钢梁在K3点处的相当应力超过许用应力，不能满足强度要求。必须增大工字钢的型号，才能满足钢梁在K3点处的强度。由于钢梁为塑性材料，K3点处的强度可由第三或第四强度理论进行校核。

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

结论与讨论

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲关于失效要注意的一个结论关于设计准则的应用梁的强度设计总结与习题课

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲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材料脆性断裂塑性变形

复杂应力状态下强度的失效判据与设计准则张宇主讲

关于设计准则的应用

要注意不同设计准则的适用范围对于大多数