第8章强度理论课件.ppt

1、材料力学材料力学四喜四喜久旱逢甘露久旱逢甘露他乡遇故知他乡遇故知金榜题名时金榜题名时洞房花烛夜洞房花烛夜四忧四忧久旱逢甘露久旱逢甘露几滴几滴他乡遇故知他乡遇故知行乞行乞金榜题名时金榜题名时落第落第洞房花烛夜洞房花烛夜隔壁隔壁2022-12-163一、可靠性与失效的概念一、可靠性与失效的概念1.结构的功能要求结构的功能要求第第8章章 强度理论及其应用强度理论及其应用8.1 结构的可靠性与失效结构的可靠性与失效规定环境中，材料规定环境中，材料性能不过分恶化性能不过分恶化2022-12-1642.可靠性与失效可靠性与失效3.概率描述概率描述1fs PP100%的安全或可靠，是不可能的，也无必要。的安

2、全或可靠，是不可能的，也无必要。失效概率是需要承担的风险，定失效概率是需要承担的风险，定得越低，风险越小，但造价越高得越低，风险越小，但造价越高2022-12-1654.强度失效强度失效6.9 10-41.1 10-41.1 10-41.3 10-5一般的房屋一般的房屋重要的房屋重要的房屋延性破坏延性破坏脆性破坏脆性破坏体现于结构设计计算：材料分项系数，体现于结构设计计算：材料分项系数，荷载分项系数，结构重要性系数的取值荷载分项系数，结构重要性系数的取值2022-12-166二、应力状态与失效形式二、应力状态与失效形式v单向应力状态单向应力状态圆柱试样变成腰鼓形圆柱试样变成腰鼓形失效前变形比较

3、明显失效前变形比较明显如粉笔如粉笔2022-12-167v三向应力状态三向应力状态2022-12-1688.2 常用的强度理论常用的强度理论一、强度理论概述一、强度理论概述v强度理论强度理论v理论依据理论依据BA 失效条件（或破坏条件）失效条件（或破坏条件）严格讲不能严格讲不能称之为理论称之为理论并未经过并未经过理论证明理论证明2022-12-169二、常用强度理论二、常用强度理论1.第一强度理论第一强度理论,1A0Bb11f1或或b2022-12-16102.第二强度理论第二强度理论1maxA0Bb321)()(1321E)(321f)(321E0)(1321EEb或或Eb2022-12-1

4、6113.第三强度理论第三强度理论maxA0maxBs3131f31231200202312s或或2s2022-12-16124.第四强度理论第四强度理论8A2132322213108B20220000031032s322022-12-1613s2121323222121213232221f2121323222121323222131AsB3221323222131s32或或2022-12-1614三、强度条件统一表达三、强度条件统一表达1.统一的强度条件统一的强度条件eqi11eq)(3212eq313eq2132322214eq)()()(21fieq或或2022-12-16152.实际应

5、用注意点实际应用注意点3.强度计算步骤强度计算步骤2022-12-1616v例题例题8.1 v解解（1）三向受拉，应采用第一、二强度理论）三向受拉，应采用第一、二强度理论11eq)(3212eqMPa100MPa120MPa76)2060(3.0100MPa120满足满足满足满足三向受拉应力状态中，第二强度理论判三向受拉应力状态中，第二强度理论判断，材料更不容易失效，与实际不符。断，材料更不容易失效，与实际不符。最好采用第最好采用第一强度理论一强度理论2022-12-1617（2）延性材料屈服失效，应采用第三、第四强度理论）延性材料屈服失效，应采用第三、第四强度理论313eq213232221

6、4eq)()()(21)50(60MPa110MPa120满足满足222)6050()500()060(21MPa4.95MPa120满足满足通常情况下，凡能满足通常情况下，凡能满足 第三强度理论者，一定第三强度理论者，一定能满足第四强度理论。能满足第四强度理论。2022-12-1618v例题例题8.2 v解：解：2313eqvf,1,023f5.0f比较比较、，得，得ff5.0v2022-12-16192132322214eq)()()(21222)2(213fff58.03比较比较、，得，得ff58.0v现行现行钢结构设计规范钢结构设计规范采用这一关系采用这一关系2022-12-16208

7、.3 强度理论应用案例强度理论应用案例一、工字形钢梁的折算应力一、工字形钢梁的折算应力1.应力单元应力单元下翼缘下翼缘上翼缘上翼缘腹板腹板 (a)(b)zIMybIVSzz*2022-12-1621 (a)(b)02221421222342123.强度条件强度条件313eq2132322214eq)()()(21224223ff2022-12-16224.实际采用公式实际采用公式224eq3f考虑到计算点是腹板边缘的局部区域，将考虑到计算点是腹板边缘的局部区域，将材料强度设计值提高材料强度设计值提高10%下翼缘下翼缘上翼缘上翼缘腹板腹板f1.1322并将等效应力并将等效应力称为折算应力称为折算

8、应力2022-12-1623v例题例题8.3v解解laaABCDFF-100 10-100 10-180 10（1）危险截面）危险截面作内力图作内力图kN135FaMCkN.m5.403.0135VFFMFaFVCC、D截面危险，内截面危险，内力相同，只验算力相同，只验算C2022-12-1624-100 10-100 10-180 10（2）截面几何性质）截面几何性质23901010012101002zI1218010347mm10293.2maxyIWzz10010293.2735mm10293.2半个截面对中性轴的静矩半个截面对中性轴的静矩9510100maxzS45109035mm10

9、355.1单块翼缘板对中性轴的静矩单块翼缘板对中性轴的静矩9510100*zS34mm105.92022-12-1625（3）强度验算）强度验算-100 10-100 10-180 10kN135CVkN.m5.40CM47mm10293.2zI35mm10293.2zW56max10293.2105.40zCWM35maxmm10355.1zS34*mm105.9zS正应力强度正应力强度2N/mm7.1762N/mm215 fbISVzzCmaxmax剪应力强度剪应力强度2N/mm8.792vN/mm125 f1010293.210355.110135753满足满足满足满足2022-12-1

10、626-100 10-100 10-180 10kN135CVkN.m5.40CM47mm10293.2zI35mm10293.2zWzCIyM35maxmm10355.1zS34*mm105.9zS折算应力强度折算应力强度2N/mm0.1592N/mm5.2362151.11.1f满足满足7610293.290105.40bISVzzC*2N/mm9.551010293.2105.91013574322239.5530.15932N/mm2.1862022-12-1627二、薄壁压力容器设计二、薄壁压力容器设计1.圆筒形压力容器圆筒形压力容器t:0 xF04)(2DpDtx横截面截开，左边为

11、横截面截开，左边为脱离体脱离体tpDx42022-12-1628通过轴线的纵截面截通过轴线的纵截面截开容器，取上半部分开容器，取上半部分为脱离体为脱离体:0yF0dsin2)(20DpltlyttpDx40dsin4tpDytpD2径向应力很小，介于径向应力很小，介于1个大气压和个大气压和p之间，取之间，取 z 0三个主应力为三个主应力为tpD21tpD42032022-12-1629313eq容器设计通常采用第三强度理论容器设计通常采用第三强度理论tpD21tpD42032tpD考虑焊缝影响系数考虑焊缝影响系数（1），上式成为），上式成为2tpD内径为内径为Di，则平均直径，则平均直径D=D

12、i+t，因而，因而2)(ttDpi理论壁厚的最小值为理论壁厚的最小值为ppDti202022-12-16302.球形压力容器球形压力容器因为过球心的任意平面均为对称面因为过球心的任意平面均为对称面所以壁内经向应力和纬向应力相等所以壁内经向应力和纬向应力相等:0yF04)(2hDpDttpD4h主应力为主应力为h2103tpD42022-12-1631tpD42103313eq容器设计通常采用第三强度理论容器设计通常采用第三强度理论4tpD考虑焊缝影响系数考虑焊缝影响系数（1），上式成为），上式成为4tpD内径为内径为Di，则平均直径，则平均直径D=Di+t，因而，因而4)(ttDpi理论壁厚的最小值为理论壁厚的最小值为ppDti402022-12-1632v例题例题8.4v解解设计壁厚还要加上：钢板厚度负偏差设计壁厚还要加上：钢板厚度负偏差 工艺减薄量工艺减薄量 腐蚀裕量腐蚀裕量ppDti404.11600.1435004.1mm67.7