演示文稿材料力学第七章

（优选）材料力学第七章现在是1页\一共有74页\编辑于星期三基本要求:1.熟悉应力状态的概念；

2.掌握用解析法和图解法计算二向应力状态下斜截面的应力、主应力及最大最小切应力；

3.了解三向应力状态，会计算最大切应力；

4.了解广义胡克定律；

5.会应用四种强度理论进行复杂应力状态下构件的强度计算。重点：

1.解析法和图解法计算二向应力状态下斜截面的应力、主应力；2.四种强度理论及其应用。难点：1.应力状态的概念；2.解析法和图解法；3.强度理论的讨论。课时：

8学时现在是2页\一共有74页\编辑于星期三§7.1应力状态概述§7.2二向和三向应力状态的实例§7.3二向应力状态分析——解析法§7.4二向应力状态分析一图解法§7.5三向应力状态§7.8广义胡克定律§7.9复杂应力状态的应变能密度§7.1O强度理论概述§7.11四种常用强度理论第十八章应力状态理论和强度理论现在是3页\一共有74页\编辑于星期三§7.1应力状态概述

一、一点处的应力状态二、原始单元体三、主单元体、主应力现在是4页\一共有74页\编辑于星期三一、一点处的应力状态

在前面讨论扭转和弯曲时，我们知道，应力在横截面上各点的分布是不相同的。因此我们有必要研究其上每一点的情况。通过受力构件内一点的应力随着所取截面方位的不同而变化。所以有必要研究过一点的所有截面上的应力情况。现在是5页\一共有74页\编辑于星期三等直杆拉伸时，设轴向拉力为P，轴横截面的面积为A。K-K面的正应力σα和切应力τα:

构件受力时，通过构件内任一点所作截面上的应力，随着截面的方位改变而改变。因此，为了解决构件的强度问题我们必须研究杆件受力后，通过某点不同方位截面的应力变化规律。我们称，构件受力后，通过其内某一点的各截面的在该点处的应力情况称为该点处的应力状态。横截面B-B上的应力为:现在是6页\一共有74页\编辑于星期三1.判断受力构件上哪一点、沿哪个方向的应力最大？哪个点、哪个方向最危险？从而解决构件在复杂应力状态下的强度计算提供条件，解决其强度问题。2.解释变形构件的变形现象和破坏原因。3.在弹性力学、塑性力学和断裂力学等学科的研究中都要广泛用到应力状态理论。

要研究一点的应力状态，通常要围绕该点截取微小正六面体——单元体。为什么要研究一点的应力状态?M现在是7页\一共有74页\编辑于星期三二、原始单元体

如在M点周围按图(c)的方式截取单元体，使其和纸面垂直的四个侧面既不与杆件轴线平行，又不与轴线垂直，均为杆件的斜截面，则四个侧面上既有正应力，又有切应力。原始单元体是指其各侧面上的应力均已知的单元体。求出原始单元体

以直杆拉伸为例，围绕M点取一单元体，则其应力如图(a)、(b）任一单元体现在是8页\一共有74页\编辑于星期三

又如矩形截面悬臂梁，在梁上边缘A、B、C点处截取单元体，其原始单元体如图：C

应该指出：

1.认为单元体各面上的应力均匀分布；

2.认为单元体平行面上应力的大小和性质都是一样的，任意一对平行侧面上的应力代表着通过所研究的点与侧面平行的面上的应力。

3.单元体处于平衡状态。借助于截面法和静力平衡条件，可求出单元体任何斜截面上的应力，从而确定点的应力状态，这是研究一点处应力状态的基本方法。M图FS图现在是9页\一共有74页\编辑于星期三三、主单元体、主应力三个主应力皆不为零时，称三向应力状态或空间应力状态；三个主应力中有二个不为零,称二向应力状态或平面应力状态；三个主应力中只有一个不为零，称单向应力状态。单向应力状态称为简单应力状态，二向应力状态和三向应力状态统称为复杂应力状态。

有些情况，单元体上的各侧面都无切应力，像这种切应力等于零的面称为主平面。主平面上的正应力称为主应力。主平面的法线方向称为主方向。三对相互垂直的面都是主平面的单元体称为主单元体。

通过受力构件的任意点皆可找到三个相互垂直的主平面，因而每一点都有三个主应力。通常用σ1、σ2、σ3代表该点的三个主应力，并以σ1代表代数值最大的主应力，σ3代表代数值最小的主应力，即σ1>σ2>σ3。现在是10页\一共有74页\编辑于星期三§7.2二向和三向应力状态的实例一、二向应力状态的实例研究锅炉或其他圆筒形容器(薄壁圆筒)的应力状态。若封闭薄壁圆筒所受内压力为p，则沿圆筒轴线作用于筒底的总压力为F（1）用横截面截取圆筒右部分为研究对象,F力作用下,计算横截面上应力σ’,属于轴向拉伸问题。（2）用相距为l的两个横截面和包含直径的纵向平面，从圆筒中截取一部分(图7.2c)。若在筒壁的纵向截面上应力为σ”，则内力为现在是11页\一共有74页\编辑于星期三微分面积上，压力为在y方向的投影为积分求出上述投影总和为

σ’作用的截面就是直杆轴向拉伸的横截面，没有切应力。又因内压力是轴对称载荷，所以在σ”作用的纵向截面上也没有切应力。在单元体ABCD的第三个方向上，有作用于内壁的内压力p和作用于外壁的大气压力，它们都远小于σ’和σ”，可以认为等于零，这样，σ”和σ’皆为主应力。该状态为二向应力状态。由平衡方程∑Fy=0，得截出部分在纵向平面上的投影面积lD与p的乘积等于内压力的合力。现在是12页\一共有74页\编辑于星期三二、三向应力状态的实例

在滚珠与外圈的接触面上，有接触应力σ3。由于σ3的作用，单元体将向周围膨胀，于是引起周围材料对它的约束应力σ2和σ1。所取单元体的三个相互垂直的面皆为主平面，且三个主应力皆不等于零，于是得到三向应力状态。在滚珠轴承中，接触点A处(图7.3a)，以垂直和平行于压力F的平面截取单元体，如图7.3b所示。

与此相似，桥式起重机大梁两端的滚动轮与轨道的接触处，火车车轮与钢轨的接触处，也都是三向应力状态。现在是13页\一共有74页\编辑于星期三例7.1

由Q235钢制成的蒸汽锅炉。壁厚δ=10mm，内径D=1m(图7.2)。蒸汽压力p=3MPa。试计算锅炉壁内任意点处的三个主应力。按照关于主应力记号的规定，解：由公式(7.1)和(7.2)，得现在是14页\一共有74页\编辑于星期三例7.2

圆球形容器(图7.4a)的壁厚为δ，内径为D，内压为p。试求容器壁内的应力。容器截面上的内力为由平衡方程由容器的对称性，包含直径的任意截面上皆无切应力，且正应力都等于由上式算出的σ(图7．4c)。与σ相比，如再省略半径方向的应力，三个主应力将是这也是一个二向应力状态。解：用包含直径的平面把容器分成两个半球，其一如图7.4b所示。半球上内压力的合力F现在是15页\一共有74页\编辑于星期三§7.3二向应力状态分析——解析法σxτxyσyτyxτxy应力所在平面的法线方向应力的方向σx

研究应力状态的方法有解析法和图解法两种。本节用解析法讨论二向应力状态下，在已知原始单元体后，如何确定过该点的其它任一截面上的应力，并确定主应力和主平面。

设一原始单元体如图示，其上作用着已知的应力，x面上的正应力和切应力σx

和τxy，y面上的正应力和切应力σy和τyx(τyx＝-τxy)。

应力的符号规定为：正应力以拉应力为正、压应力为负；切应力对单元体内任意点的矩顺时针转向时为正；反之为负。应力所在平面的法线方向的方向，即其方向现在是16页\一共有74页\编辑于星期三

设σx

、σy、τxy和τyx已知，取任意斜截面ef的方位角α>0，用截面法求ef面上的正应力σα和切应力τα。一、斜截面上的应力1.假想沿截面ef把单元体分成二部分，研究三棱柱aef部分的平衡。设ef面的面积为dA，则af面和ae面的面积应分别是dAsinα和dAcosα。2．列平衡方程：现在是17页\一共有74页\编辑于星期三3.根据切应力互等定理，τxy＝τyx得：4.利用三角关系简化上列二个平衡方程，最后得：可以求出方位角α为任意值的斜截面ef上的应力。现在是18页\一共有74页\编辑于星期三

互相垂直的截面上正应力之和为一常数，切应力大小相等、方向相反。现在我们来看一下两个互相垂直截面上应力的关系。令β＝900＋α现在是19页\一共有74页\编辑于星期三二、主应力计算出的σmax和σmin与0，按σ1>σ2>σ3排序在切应力等于零的平面上，正应力为最大值或最小值。求主应力σmax和σmin。并确定主平面的位置。满足上式的α0值必有两个α0和α0’，它们相差900，确定两个互相垂直的平面，其中一个是最大正应力所在平面，另一个是最小正应力所在的平面。求得最大及最小的正应力为：此时τα=0若α=α0时，现在是20页\一共有74页\编辑于星期三∴α0和α0’中必有一个的绝对值小于π/4∵

为了判断σmax和σmin与α0和α0’的对应关系，由σα对α0求二阶导数，可得出：约定σx≥σy，则的角度对应σmax。现在是21页\一共有74页\编辑于星期三若α=α1时，能使导数由此得：

可以解出两个角度α1，它们相差900，从而确定两个相互垂直的平面，分别作用着最大和最小切应力。即最大和最小切应力所在平面与主平面的的夹角为450。三、最大和最小切应力求得切应力的最大和最小值是：比较α0和α1：现在是22页\一共有74页\编辑于星期三400MPa25MPax75MPaσ3σ3σ1σ1α0

例7.3

单元体的应力状态如图7.6所示。试求主应力并确定主平面的方位。解：按应力的符号规则，选定σx=25MPa，σy=－75MPa，τxy=－40Mpa，2α0=38.66或218.660α0=19.33或109.330

σx＞σy，α0=19.330对应σmax所在一主平面

σ1＝39MPa，σ2＝0，σ3＝－89MPa现在是23页\一共有74页\编辑于星期三例7.4讨论圆轴扭转时的应力状态，并分析铸铁试件受扭时的破坏现象。

在圆轴的最外层M点，取出单元体ABCD，单元体各面上的应力如图所示。这时，σx=σy=0，τxy=τ此时为纯剪切应力状态。所以2α0=-900或-2700,α0=-450或-1350解圆轴扭转时，在横截面的边缘处切应力最大，即为：τxyCABDσ3σ3σ1σ1450代人公式得：∵σx＝σy，α0=-450对应σmax，α0=－1350对应σmin。

∴σ1＝σmax＝τ，σ2＝0，σ3＝σmin＝－τ

圆截面铸铁试件扭转时，表面各点σmax所在的主平面联成倾角为450的螺旋面，由于铸铁抗拉强度较低，试件将沿这一螺旋面因拉伸而发生断裂破坏。现在是24页\一共有74页\编辑于星期三σx.＞σyα0=27.50对应σmax所在一主平面，α0=-62.50对应σmin所在的主平面。xσyτAM图例7.5已知：一横力弯曲下的梁，σ＝-70MPa，τ＝50Mpa求：主应力及主平面的方位，讨论同一横截面上其它点处的应力状态。解σx=0，σy=－70MPa

,τxy=-50MpaAα0=-62.50或27.50σ1＝26MPa，σ2＝0，σ3＝－96MPa其它点处的应力状态都可用相同方法进行分析。FS图σ3σ3σ1σ1A27.50现在是25页\一共有74页\编辑于星期三二向应力分析解析法的步骤:1.求原始单元体。求出σx、σy

、τxy；2.代入公式求斜截面上的应力σα和τα

；3.求主应力：代入公式求σmax和σmin,

排序确定σ1、σ2和σ3

，求tg2α0确定主平面对应关系；4.求最大最小切应力：代入公式求τmax和τmin

。现在是26页\一共有74页\编辑于星期三一、应力圆σα和τα均随参考变量α变化，这说明σα和τα之间存在一定的函数关系。平方并相加圆的方程

该圆上任意点的纵横坐标分别代表单元体相应截面上的切应力τα和正应力σα，这个圆称为应力圆或莫尔圆。§7.4二向应力状态分析一图解法现在是27页\一共有74页\编辑于星期三应力圆的作法:

点D的坐标为(σx,τxy),表示x面上应力情况；4.连接DD’交x轴于C点，以C点为圆心，CD为半径画圆，即为应力圆。2.量取1.画出Oστ直角坐标系,选取适当的比例尺；3.量取

点D’的坐标为(σy,τyx),表示y面上应力情况；

检验：现在是28页\一共有74页\编辑于星期三xσx

τyxyτxyσyσ2σ1α0ADσxτxyCD′BσyτyxB1σ2G1G2τmaxτminA1σ1στOE(σα,τα)F2α2α0现在是29页\一共有74页\编辑于星期三

求与x轴成α角的ef面上的应力。可从应力圆上D点起，逆时针方向沿圆转2α()到E点，则E点的坐标就代表ef面上的应力。

二、斜截面上的应力现在是30页\一共有74页\编辑于星期三

结论：

1.应力圆上任一点代表着单元体上某一截面的应力；

2.应力圆上两点沿圆弧所对的圆心角是单元体上这两点所对应的两截面夹角的2倍，且转向相同。

3．画应力圆的步骤：确定两点的坐标，如以x、y面为法线平面的应力，D（σx，τxy），D’（σy,τyx）,以DD’与横轴的交点C为圆心，以CD为半径画圆。现在是31页\一共有74页\编辑于星期三应力圆上A1及B1两点的横坐标代表主平面上的主应力，则有：三、主应力确定主平面的方位角:

在应力圆上由D点顺时针转角到A1点，α0角就是σ1所在的主平面的法线。同样，由D’点顺时针转角到B1点，量取α’0角就是σ2所在的另一主平面的法线。

在应力圆上由A1到B1所对的圆心角为1800，在单元体中，σ1和σ2所在主平面的法线之间的夹角为900。验证：现在是32页\一共有74页\编辑于星期三三、最大最小切应力

应力圆中G1和G2分别代表最大和最小切应力以及它们所在平面的方位角。因为τmax和τmin的绝对值都等于应力圆的半径

在应力圆上由A1到G1所对的圆心角为900，则在单元体中，主应力σmax所在主平面法线与τmax所在平面法线的夹角为450，σmin与τmin所在平面法线的夹角为-450。验证：现在是33页\一共有74页\编辑于星期三1.用应力圆计算。得D点（2）求主应力大小。A1和B1两点的横坐标即为主应力σ1和σ3。σ1＝120MPa，σ2＝0，σ3＝－10MPaD到A1逆时针，所以在单元体就应从x轴逆时针转即得主应力σl的方向。例7.6

图所示为从受力构件中截取的单元体的应力状态。求：主应力值和主平面位置。y30MPax60MPa80MPaσ3σ133.7020MPaστOADBD’CA1B12α0解用解析法和应力圆两种方法解此题。（1）作Oστ坐标系，选定适当比例尺.得D’点

连DD’与横轴相交于C点,以C点为圆心,CD’为半径,画应力圆。（3）求主平面的方位。现在是34页\一共有74页\编辑于星期三（1）求主应力。将σx=80MPa、σy=30MPa、τxy=-60MPa代入公式，可得：

σ1＝120MPa，σ2＝0，σ3＝－10MPa

得：α0=33.70

，α0’=α0-900=-56.30的角度α0=33.70对应σmax，的角度α0’=-56.30对应σmin。2．用解析法计算。（2）求主主平面的位置：

σx>σy，现在是35页\一共有74页\编辑于星期三

（4）求斜截面上的应力。从0点按顺时针方向转1200角，确定E点。量出E点的坐标(－30,－17)即为d-e面上的应力。

B1

10MPa1200στOE补例7.1

用应力圆求单元体在斜截面d-e上的正应力及切应力。

解（1）作Oστ坐标系，选定适当比例尺；(2)画代表x轴为法线的平面应力的点O(0,0),以y轴为法线的平面应力的点B1(-40,0)；

（3）以OBl为直径作圆,即为所需要的应力圆；σα=-30MPa，τα=-17.4MPa40MPaxy600σατα

现在是36页\一共有74页\编辑于星期三σx＝σ，σy＝σ，τxy＝τ例7.7

在横力弯曲变形中,其应力状态如图示。设α及τ已知求;主应力和主平面的方位。解1.解析法。确定主平面的位置。α0τxyσσ3σ1现在是37页\一共有74页\编辑于星期三（1）建立Oστ坐标系；从D点转到A1点得2α0角，α0即为σ1与x轴的夹角。2.图解法。A1B1στOCDστD’τσ1

σ3

2α0（4）求主应力：

（3）连DD’交x轴于C，以CD为半径画圆，即为应力圆；

（2）确定两点坐标：D(σ，τ),D’(0，－τ)；现在是38页\一共有74页\编辑于星期三扭转时的应力圆：xτyA1B1στODD’σ1

σ3

2α0=900σ3σ1450现在是39页\一共有74页\编辑于星期三§7.5三向应力状态

应力状态的一般形式是三向应力状态。三向应力状态与二向应力状态类似，也一定能找到主应力单元体。书中讨论了当三个主应力已知时(图a)，任意斜截面上应力的求法。以任意斜截面ABC从单元体中取出四面体，如图b示,列平衡方程求出,(教材P227,不作要求)。下面只讨论与主应力平行的斜截面上的应力。现在是40页\一共有74页\编辑于星期三1.先研究与σ2平行的斜截面dee1d1上的应力情况。由于与σ2平行的各斜截面上的应力不受σ2的影响，则此截面上的应力只与σ1和σ3有关，单元体上的应力状态如图所示（相当于俯视图）。对应它的应力圆可由主应力σ1和σ3画出，由圆A1A3表示，此圆圆周上各点的坐标就代表了单元体上与主应力σ2平行的各斜截面上的应力。

确定三向应力状态下的最大正应力和切应力,可画出其应力圆。如图所示单元体，设其主应力σ1>σ2>σ3>0。2.同样画出应力圆A2A3，此圆圆周上各点的坐标代表了单元体上与主应力σ1平行的各斜截面上的应力。3.画出应力圆A1A2，此圆圆周上各点的坐标代表了单元体上与主应力σ3平行的各斜截面上的应力。现在是41页\一共有74页\编辑于星期三σ1σ2σ3σ1σ2σ3d1e1deσ3σ1σ1σ3σ1σ1σ2σ2σ2σ2σ3σ3στOσ2A2

σ3A3

F1

F2

A1

τmaxτmin

与σ1、σ2、σ3三个主应力方向平行的斜截面的应力由应力圆上的点表示，与三个主应力方向均不平行的斜截面上的应力由阴影范围内的点表示。σmax=σ1σmin=σ3最大最小切应力最大最小正应力σ1现在是42页\一共有74页\编辑于星期三如将二向应力状态视为三向应力状态的特殊情况，当σ1>σ2>0，σ3=0时由式（7.9）得

事实上只考虑了平行于σ3的各平面上切应力的最大值，但放到整个单元体看应是说明：如例7.1现在是43页\一共有74页\编辑于星期三§7.8广义胡克定律

从轴向拉伸（或压缩），即在单向应力作用下，我们知道，在弹性范围内，纵向应变与应力成正比，（胡克定律）为：

一、应力应变的关系——广义胡克定律

在纯剪切状态，在弹性范围时，切应变和切应力间的关系为：现在是44页\一共有74页\编辑于星期三在三向应力状态下，单元体受到主应力σx、σy、σz的作用。在σx作用下，单元体沿三个方向的线应变：在σy作用下，沿三个方向的线应变在σz作用下，沿三个方向的线应变当主应力σx、σy、σz同时作用时：现在是45页\一共有74页\编辑于星期三

对于各向同性材料，当变形很小且在线弹性范围内时，正应力不会引起剪应变，切应力也不会引起线应变，所以广义胡克定律也适用于单元体上同时有正应力和切应力作用的情形.广义胡克定律切应变和切应力间的关系与正应力分量无关，在xy、yz、zx三个面的切应变分别为：广义胡克定律现在是46页\一共有74页\编辑于星期三

当单元体的六个面皆为主平面时，使x，y，z的方向分别与σ1、σ2、σ3的方向一致。这时广义胡克定律化为

现在是47页\一共有74页\编辑于星期三二、体积变化与应力关系——体积胡克定律变形后单元体的三个棱边分别为变形后的体积变为展开上式，并略去含有高阶微量单位体积的体积改变为θ称为体应变

设图示单元体为主单元体，边长分别是dx，dy和dz。变形前单元体的体积为体积胡克定律现在是48页\一共有74页\编辑于星期三体积胡克定律K称为体积弹性模量，σm是三个主应力的平均值。说明:单位体积的体积改变θ只与三个主应力之和有关，至于三个主应力之间的比例，对θ并无影响。所以，无论是作用三个不相等的主应力，或是代以它们的平均应力σm。，单位体积的体积改变仍然是相同的。公式(7.22)还表明，体应变θ与平均应力σm成正比，此即体积胡克定律。现在是49页\一共有74页\编辑于星期三

补例7.2已知:二向应力状态，主应力σ1≠0、σ2≠0、σ3=0，主应变ε1=1.7×10-4。ε2=0.4×10-4，泊松比μ=0.3。求:主应变ε3

。

解由广义胡克定律：(a)+(b)，令σ3=0，可得：得：再把上式代入(3)得：代入已知数值现在是50页\一共有74页\编辑于星期三zyx

例7.9

已知:直径为5.001cm的凹座钢放置一个直径为5cm的钢制圆柱，受到轴向压力P=300kN,钢块不变形，E=200GPa，μ=0.3。求:圆柱的主应力。

解如图取单元体为三向应力状态。

（2）求另外两个主应力,径向应力σx和周向应力σy。由广义胡克定律得主应力为：σ1＝σ2＝σx＝－8.43MPa，σ3＝－153MPa（1）在圆柱体横截面上的压应力为：现在是51页\一共有74页\编辑于星期三§7.9复杂应力状态的应变能密度单向拉伸或压缩时，应力σ和应变ε的关系是线性的，得到应变能密度的计算公式为在三向应力状态下，弹性体应变能与外力作功在数值上仍然相等。并只决定于外力和变形的最终数值，而与加力的次序无关。假定应力按比例同时从零增加到最终值，在线弹性的情况下，每一主应力与相应的主应变之间仍保持线性关系，于是三向应力状态下的应变能密度是把广义胡克代人上式，整理后得出现在是52页\一共有74页\编辑于星期三设三个棱边相等的正立方单元体的三个主应力不相等，分别为σ1，σ2，σ3相应的主应变为ε1，ε2，ε3，单位体积的改变为θ。由于ε1，ε2，ε3不相等，立方单元体三个棱边的变形不同，它将由立方体变为长方体。因此，应变能密度vε也被认为由两部分组成：(1)因体积变化而储存的应变能密度vV。体积变化是指单元体的棱边变形相等，变形后仍为正方体，只是体积发生变化的情况。vε称为体积改变能密度。(2)体积不变，但由正方体改变为长方体而储存的应变能密度vd。vd称为畸变能密度。变形能体积改变能密度畸变能密度应变能密度单位体积现在是53页\一共有74页\编辑于星期三代替三个主应力，单位体积的改变θ与σ1，σ2，σ3作用时仍然相等。但以σω代替原来的主应力后，由于三个棱边的变形相同，所以只有体积变化而形状不变。因而这种情况下的应变能密度也就是体积改变能密度vV。由广义胡克定律根据上节的讨论，若在单元体上以平均应力畸变能密度现在是54页\一共有74页\编辑于星期三

例7.10

导出各向同性线弹性材料的弹性常数E，G，μ间的关系。按照例7.3的分析，纯剪切的主应力是：把主应力代人公式又可算出应变能密度为:解：纯剪切(图7.22)的应变能密度已于§3.3中求出为现在是55页\一共有74页\编辑于星期三§7.10

强度理论概述杆件受轴向拉伸(压缩)时的强度条件为：

复杂应力状态下单元体的三个主应力σ1、σ2、σ3可以具有任意比值，在某一比值下测出的极限应力，对于其它比值一般是不适合的。因此，不能再采用实验的方法。极限应力σ0由试验测得,σs和σb分别为塑性和脆性的失效应力。即其强度条件是直接通过试验建立。

复杂应力状态下，如何建立强度条件？能否通过试验建立？

不同材料在相同应力状态下有不同的失效形式，同一材料在不同的应力状态失效形式也不相同。现在是56页\一共有74页\编辑于星期三

为了解决这一问题，我们先对材料的失效现象进行分析，研究其不同的失效形式，提出各种假说。各种假说认为，材料之所以按某种形式失效，是应力、应变或畸变能密度等引起的，和应力状态无关，提出一些假说，建立复杂应力状态下的强度条件。这些假设称为强度理论。现在是57页\一共有74页\编辑于星期三

1.屈服（流动）：是指材料由于出现屈服现象或发生显著塑性变形而产生的破坏。例如低碳钢拉伸时出现屈服现象，此时晶格沿最大切应力平面发生滑移。灰铸铁在三向压缩时也会产生屈服破坏。

2.断裂：

（1）脆性断裂：指不出现显著塑性变形的断裂破坏。例如，铸铁的单向拉伸，扭转时沿450方向的螺旋线拉断，另外，象碳钢这类的塑性材料，如受到三向拉应力，也会发生脆性断裂。

（2）韧性断裂：指有显著塑性变形的断裂破坏。

所以，材料力学中主要的失效形式有屈服和脆性断裂两种。失效形式：现在是58页\一共有74页\编辑于星期三§7.11四种常用强度理论

建立复杂应力状态下的强度条件，即强度理论。必须经过实验或生产实践的检验。这里介绍在常温、静载条件下经常使用的四种强度理论，另外，还有莫尔理论等。现在我们依次介绍如下:最大拉应力理论最大拉应变理论最大切应力理论畸变能密度理论现在是59页\一共有74页\编辑于星期三

这个理论是最古老的理论，是十七世纪，伽里略提出的，认为材料是脆性断裂破坏，引起的的主要因素是最大拉应力。强度条件为：

实验指出，脆性材料在二向拉伸应力状态，或二向拉压应力状态，且拉应力较大的情况下，这个理论与实验结果基本符合。因此，这个理论可用于以拉应力为主的脆性材料。显然，这个理论没有考虑其它两个主应力的影响，是不够全面的。一、最大拉应力理论第一强度理论断裂准则为：现在是60页\一共有74页\编辑于星期三

这一理论，是十七世纪末，马里奥特提出的，他是根据脆性材料的断裂现象提出的。认为，材料是脆性断裂破坏，引起的的主要因素是最大拉应变。强度条件为：

实验证明，对于脆性材料在二向压缩应力状态，或二向拉压应力状态，且压应力较大的情况下，这个理论与实验结果基本符合。因此，这个理论可用于以压应力为主的脆性材料。显然，按照这个理论，材料在二向或三向受拉时，要比单向受拉时安全，但试验并不说明这一点。二、最大拉应变理论第二强度理论断裂准则为：现在是61页\一共有74页\编辑于星期三这一理论认为，材料是屈服破坏，其主要因素是最大切应力。在轴向拉伸时，横截面上的拉应力达到极限应力σs时屈服准则(又称屈雷斯加屈服条件)为：强度条件为：

试验表明，这一理论能较好符合塑性材料，但是它未考虑到主应力σ2对材料屈服的影响。三、最大切应力理论第三强度理论在复杂应力状态下τmax=τ0现在是62页\一共有74页\编辑于星期三畸变能密度的表达式为：畸变能密度理论认为：材料的失效是屈服破坏，引起破坏的主要因素是畸变能密度。在轴向拉伸下，应力达到极限应力σs时，发生塑性屈服。屈服准则（米赛斯屈服条件）为：强度条件为：

试验表明，对于塑性材料，第四强度理论比第三强度理论更符合试验结果。四、畸变能密度理论第四强度理论现在是63页\一共有74页\编辑于星期三上述四种理论的强度条件可以写成如下统一的形式：

式中σr称为相当应力，各种强度理论的相当应力分别为：现在是64页\一共有74页\编辑于星期三1.在三向拉伸应力状态下,(塑性材料也发生断裂破坏),因此,无论塑性材料，还是脆性材料都采用的第一强度理论；

2.在三向压缩应力状态下,(脆性材料也发生屈服破坏),因此,无论塑性材料,还是脆性材料都采用的第三或第四强度理论；

3.对脆性材料，在二向拉伸应力状态情况下，以及在二向拉-压应力状态且拉应力较大的情况下，采用第一强度理论；而在二向拉压应力状态且压应力值较大的情况下，采用第二强度理论；

4.一般塑性材料，除三向拉伸应力状态外，发生屈服破坏，采用第三或第四强度理论，前者计算公式比较简单，但结果保守，后者比较精确。五、强度理论讨论

在一般情况下，根据材料选择相应的强度条件的。对塑性材料，多发生屈服破坏，采用最大切应力理论或形状畸变能密度理论；对脆性材料，多发生脆性断裂破坏，通常采用最大拉应力理论和最大拉应变理论。具体情况讨论如下：现在是65页\一共有74页\编辑于星期三在复杂应力状态下，对构件进行强度计算，其基本步骤如下：1．从构件危险点处截取单元体，求主应力σ1、σ2、σ3；2．选用适当的强度理论，算出相当应力σr；3．选定材料的许用应力[σ]；4．建立强度条件，对构件进行强度计算。六、强度计算步骤现在是66页\一共有74页\编辑于星期三

补例7.3有一铸铁构件，危险点处单元体如图所示，其上的应力σx=30MPa，σy=0，τxy=20MP