演示文稿应力状态分析

演示文稿应力状态分析当前第1页\共有69页\编于星期二\10点（优选）应力状态分析当前第2页\共有69页\编于星期二\10点第九章应力状态分析和强度理论

§9–1应力状态的概念§9–2平面应力状态分析——解析法§9–3平面应力状态分析——图解法§9–4

梁的主应力及其主应力迹线§9–5

三向应力状态研究——应力圆法§9–6

平面内的应变分析§9–7

复杂应力状态下的应力--应变关系

——（广义虎克定律）§9–8

复杂应力状态下的变形比能当前第3页\共有69页\编于星期二\10点§9–１应力状态的概念应力状态与应变状态一、引言1、铸铁与低碳钢的拉、压、扭试验现象是怎样产生的？M低碳钢铸铁PP铸铁拉伸P铸铁压缩2、组合变形杆将怎样破坏？MP当前第4页\共有69页\编于星期二\10点四、普遍状态下的应力表示

三、单元体：单元体——构件内的点的代表物，是包围被研究点的无限小的几何体，常用的是正六面体。单元体的性质——a、平行面上，应力均布；

b、平行面上，应力相等。二、一点的应力状态：

过一点有无数的截面，这一点的各个截面上应力情况的集合，称为这点的应力状态（StateofStressataGivenPoint）。xyzs

xsz

s

y应力状态与应变状态txy当前第5页\共有69页\编于星期二\10点xyzs

xsz

s

y应力状态与应变状态txy五、剪应力互等定理（TheoremofConjugateShearing

Stress):

过一点的两个正交面上,如果有与相交边垂直的剪应力分量,则两个面上的这两个剪应力分量一定等值、方向相对或相离。当前第6页\共有69页\编于星期二\10点tzx六、原始单元体（已知单元体）：例1

画出下列图中的A、B、C点的已知单元体。

应力状态与应变状态PPAAsxsxMPxyzBCsxsxBtxztxytyx当前第7页\共有69页\编于星期二\10点七、主单元体、主面、主应力：主单元体(Principalbidy)：各侧面上剪应力均为零的单元体。主面(PrincipalPlane)：剪应力为零的截面。主应力(PrincipalStress

）：主面上的正应力。主应力排列规定：按代数值大小，应力状态与应变状态s1s2s3xyzsxsysz当前第8页\共有69页\编于星期二\10点单向应力状态（UnidirectionalStateofStress）：一个主应力不为零的应力状态。

二向应力状态（PlaneStateofStress）：一个主应力为零的应力状态。应力状态与应变状态三向应力状态（Three—DimensionalStateof

Stress）：三个主应力都不为零的应力状态。AsxsxtzxsxsxBtxz当前第9页\共有69页\编于星期二\10点§9–2

平面应力状态分析——解析法应力状态与应变状态sxtxysyxyzxysxtxysyO当前第10页\共有69页\编于星期二\10点规定：截面外法线同向为正；

ta绕研究对象顺时针转为正；

a逆时针为正。图1设：斜截面面积为S，由分离体平衡得：一、任意斜截面上的应力应力状态与应变状态xysxtxysyOsytxysxsataaxyOtn图2当前第11页\共有69页\编于星期二\10点图1应力状态与应变状态xysxtxysyOsytxysxsataaxyOtn图2考虑剪应力互等和三角变换，得：同理：当前第12页\共有69页\编于星期二\10点二、极值应力´´应力状态与应变状态xysxtxysyO当前第13页\共有69页\编于星期二\10点xysxtxysyO在剪应力相对的项限内，且偏向于x

及y大的一侧。应力状态与应变状态222xyyxminmaxtsstt+-±=îí좢）（当前第14页\共有69页\编于星期二\10点例2

分析受扭构件的破坏规律。解：确定危险点并画其原始单元体求极值应力应力状态与应变状态txyCtyxMCxyOtxytyx当前第15页\共有69页\编于星期二\10点破坏分析应力状态与应变状态低碳钢铸铁当前第16页\共有69页\编于星期二\10点§9–3

平面应力状态分析——图解法对上述方程消去参数（2），得：一、应力圆（

StressCircle）应力状态与应变状态xysxtxysyOsytxysxsataaxyOtn此方程曲线为圆—应力圆（或莫尔圆，由德国工程师：OttoMohr引入）当前第17页\共有69页\编于星期二\10点建立应力坐标系，如下图所示，（注意选好比例尺）二、应力圆的画法在坐标系内画出点A(x，xy)和B(y，yx)

AB与sa

轴的交点C便是圆心。以C为圆心，以AC为半径画圆——应力圆；应力状态与应变状态sxtxysyxyOnsataaOsataCA(sx,txy)B(sy,tyx)x2anD(sa,

ta)当前第18页\共有69页\编于星期二\10点应力状态与应变状态sxtxysyxyOnsataaOsataCA(sx,txy)B(sy,tyx)x2anD(sa,

ta)三、单元体与应力圆的对应关系面上的应力(，)

应力圆上一点(，)面的法线应力圆的半径两面夹角两半径夹角2

；且转向一致。当前第19页\共有69页\编于星期二\10点四、在应力圆上标出极值应力应力状态与应变状态OCsataA(sx,txy)B(sy,tyx)x2a12a0s1s2s3当前第20页\共有69页\编于星期二\10点s3例3

求图示单元体的主应力及主平面的位置。(单位：MPa)AB

12解：主应力坐标系如图AB的垂直平分线与sa

轴的交点C便是圆心，以C为圆心，以AC为半径画圆——应力圆0应力状态与应变状态s1s2BAC2s0sata(MPa)(MPa)O20MPa在坐标系内画出点当前第21页\共有69页\编于星期二\10点s3应力状态与应变状态s1s2BAC2s0sata(MPa)(MPa)O20MPa主应力及主平面如图

102AB当前第22页\共有69页\编于星期二\10点解法2—解析法：分析——建立坐标系如图60°应力状态与应变状态xyO当前第23页\共有69页\编于星期二\10点§9–4

梁的主应力及其主应力迹线应力状态与应变状态12345P1P2q如图，已知梁发生剪切弯曲（横力弯曲），其上M、Q>0，试确定截面上各点主应力大小及主平面位置。单元体：当前第24页\共有69页\编于星期二\10点应力状态与应变状态21s1s3s33s1s34s1s1s35a0–45°a0stA1A2D2D1COsA2D2D1CA1Ot2a0stD2D1CD1O2a0=–90°sD2A1Ot2a0CD1A2stA2D2D1CA1O当前第25页\共有69页\编于星期二\10点拉力压力主应力迹线（StressTrajectories)：主应力方向线的包络线——曲线上每一点的切线都指示着该点的拉主应力方位（或压主应力方位）。实线表示拉主应力迹线；虚线表示压主应力迹线。应力状态与应变状态1313当前第26页\共有69页\编于星期二\10点qxy主应力迹线的画法：11截面22截面33截面44截面ii截面nn截面bacd13应力状态与应变状态31当前第27页\共有69页\编于星期二\10点§9–5

三向应力状态研究——应力圆法应力状态与应变状态s2s1xyzs31、空间应力状态当前第28页\共有69页\编于星期二\10点2、三向应力分析弹性理论证明，图a单元体内任意一点任意截面上的应力都对应着图b的应力圆上或阴影区内的一点。图a图b整个单元体内的最大剪应力为：tmax应力状态与应变状态s2s1xyzs3当前第29页\共有69页\编于星期二\10点例4

求图示单元体的主应力和最大剪应力。（MPa）解：由单元体图知：yz面为主面建立应力坐标系如图，画应力圆和点1′,得:应力状态与应变状态5040xyz3010(M

Pa)sa（M

Pa）taABCABs1s2s3tmax当前第30页\共有69页\编于星期二\10点§9–6

平面内的应变分析xyO一、叠加法求应变分析公式abcdaAOB剪应变：直角的增大量！（只有这样，前后才对应）应力状态与应变状态DD1EE1当前第31页\共有69页\编于星期二\10点应力状态与应变状态xyOabcdaAOBDD2EE2当前第32页\共有69页\编于星期二\10点DD3EE3应力状态与应变状态xyOabcdaAOB当前第33页\共有69页\编于星期二\10点应力状态与应变状态当前第34页\共有69页\编于星期二\10点2、已知一点A的应变（），画应变圆二、应变分析图解法——应变圆（StrainCircle）1、应变圆与应力圆的类比关系建立应变坐标系如图在坐标系内画出点

A(x，xy/2)

B(y，-yx/2)AB与a

轴的交点C便是圆心以C为圆心，以AC为半径画圆——应变圆。应力状态与应变状态eaga/2ABC当前第35页\共有69页\编于星期二\10点eaga/2三、方向上的应变与应变圆的对应关系maxmin20D(，/2)2n应力状态与应变状态方向上的应变(，/2)

应变圆上一点(，/2)

方向线应变圆的半径两方向间夹角两半径夹角2

；且转向一致。ABC当前第36页\共有69页\编于星期二\10点四、主应变数值及其方位应力状态与应变状态当前第37页\共有69页\编于星期二\10点例5

已知一点在某一平面内的1、2、3、方向上的应变1、2、3，三个线应变，求该面内的主应变。解：由i=1,2,3这三个方程求出

x，y，xy；然后在求主应变。应力状态与应变状态当前第38页\共有69页\编于星期二\10点例6用45°应变花测得一点的三个线应变后，求该点的主应变。xyu45o0max应力状态与应变状态当前第39页\共有69页\编于星期二\10点§9–7

复杂应力状态下的应力--应变关系

——（广义虎克定律）一、单拉下的应力--应变关系二、纯剪的应力--应变关系应力状态与应变状态xyzsxxyz

x

y当前第40页\共有69页\编于星期二\10点三、复杂状态下的应力---应变关系依叠加原理,得:应力状态与应变状态

xyzszsytxysx当前第41页\共有69页\编于星期二\10点主应力---主应变关系四、平面状态下的应力---应变关系:方向一致应力状态与应变状态s1s3s2当前第42页\共有69页\编于星期二\10点主应力与主应变方向一致?应力状态与应变状态当前第43页\共有69页\编于星期二\10点五、体积应变与应力分量间的关系体积应变：体积应变与应力分量间的关系:应力状态与应变状态s1s3s2a1a2a3当前第44页\共有69页\编于星期二\10点例7已知一受力构件自由表面上某一点处的两个面内主应变分别为：1=24010-6，

2=–16010-6，弹性模量E=210GPa，泊松比为=0.3，试求该点处的主应力及另一主应变。所以，该点处的平面应力状态应力状态与应变状态当前第45页\共有69页\编于星期二\10点me3342.-=应力状态与应变状态当前第46页\共有69页\编于星期二\10点例8

图a所示为承受内压的薄壁容器。为测量容器所承受的内压力值，在容器表面用电阻应变片测得环向应变t

=350×l06，若已知容器平均直径D=500mm，壁厚=10mm，容器材料的E=210GPa，=0.25，试求:1.导出容器横截面和纵截面上的正应力表达式；2.计算容器所受的内压力。应力状态与应变状态pppxs1smlpODxABy图a当前第47页\共有69页\编于星期二\10点1、轴向应力:(longitudinalstress)解：容器的环向和纵向应力表达式用横截面将容器截开，受力如图b所示,根据平衡方程应力状态与应变状态psmsmxD图b当前第48页\共有69页\编于星期二\10点用纵截面将容器截开，受力如图c所示2、环向应力：(hoopstress)3、求内压（以应力应变关系求之）应力状态与应变状态t

m外表面ypststDqdqz图cO当前第49页\共有69页\编于星期二\10点§9－8复杂应力状态下的变形比能23

1图a图

c3-m

1-m2-m应力状态与应变状态m图bmm当前第50页\共有69页\编于星期二\10点称为形状改变比能或歪形能。应力状态与应变状态图

c3-m

1-m2-m当前第51页\共有69页\编于星期二\10点例9

用能量法证明三个弹性常数间的关系。纯剪单元体的比能为：纯剪单元体比能的主应力表示为：应力状态与应变状态txyA13当前第52页\共有69页\编于星期二\10点§9–9强度理论的概念§9–10四个强度理论及其相当应力§9–11莫尔强度理论及其相当应力§9-12强度理论的应用当前第53页\共有69页\编于星期二\10点一、引子：§9–9

强度理论的概念强度理论1、铸铁与低碳钢的拉、压、扭试验现象是怎样产生的？M低碳钢铸铁PP铸铁拉伸P铸铁压缩2、组合变形杆将怎样破坏？MP当前第54页\共有69页\编于星期二\10点二、强度理论：是关于“构件发生强度失效（failurebylost

strength）起因”的假说。1、伽利略播下了第一强度理论的种子；三、材料的破坏形式：⑴屈服；⑵断裂。2、马里奥特关于变形过大引起破坏的论述，是第二强度理论的萌芽；3、杜奎特（C.Duguet)提出了最大剪应力理论；4、麦克斯威尔最早提出了最大畸变能理论（maximumdistortionenergytheory）；这是后来人们在他的书信出版后才知道的。强度理论当前第55页\共有69页\编于星期二\10点§9–10

四个强度理论及其相当应力一、最大拉应力（第一强度）理论：认为构件的断裂是由最大拉应力引起的。当最大拉应力达到单向拉伸的强度极限时，构件就断了。1、破坏判据：2、强度准则：3、实用范围：实用于破坏形式为脆断的构件。强度理论当前第56页\共有69页\编于星期二\10点二、最大伸长线应变（第二强度）理论：

认为构件的断裂是由最大拉应力引起的。当最大伸长线应变达到单向拉伸试验下的极限应变时，构件就断了。1、破坏判据：2、强度准则：3、实用范围：实用于破坏形式为脆断的构件。强度理论当前第57页\共有69页\编于星期二\10点三、最大剪应力（第三强度）理论：认为构件的屈服是由最大剪应力引起的。当最大剪应力达到单向拉伸试验的极限剪应力时，构件就破坏了。1、破坏判据：3、实用范围：实用于破坏形式为屈服的构件。2、强度准则：强度理论当前第58页\共有69页\编于星期二\10点四、形状改变比能（第四强度）理论：认为构件的屈服是由形状改变比能引起的。当形状改变比能达到单向拉伸试验屈服时形状改变比能时，构件就破坏了。1、破坏判据：2、强度准则3、实用范围：实用于破坏形式为屈服的构件。强度理论当前第59页\共有69页\编于星期二\10点§9–11

莫尔强度理论及其相当应力

莫尔认为：最大剪应力是使物体破坏的主要因素，但滑移面上的摩擦力也不可忽略（莫尔摩擦定律）。综合最大剪应力及最大正应力的因素，莫尔得出了他自己的强度理论。强度理论当前第60页\共有69页\编于星期二\10点近似包络线极限应力圆的包络线O

ts

极限应力圆一、两个概念：1、极限应力圆：2、极限曲线：极限应力圆的包络线（envelope）。强度理论当前第61页\共有69页\编于星期二\10点[y]saaot[

L]O1O2莫尔理论危险条件的推导2、强度准则：1、破坏判据：O3

1

3MKLPN二、莫尔强度理论：任意一点的应力圆若与极限曲线相接触，则材料即将屈服或剪断。强度理论当前第62页\共有69页\编于星期二\10点三、相当应力：（强度准则的统一形式）。其中，

*—相当应力。强度理论3、实用范围：实用于破坏形式为屈服的构件及其拉压极限强度不等的处于复杂应力状态的脆性材料的破坏（岩石、混凝土等）。当前第63页\共有69页\编于星期二\10点§9–12

强度理论的应用一、强度计算的步骤：1、外力分析：确定所需的外力