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第九章 材料的失效分析 及设计准则

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  1. 第九章 材料的失效分析及设计准则 包头轻工职业技术学院 任树棠 2014年11月6日

  2. 工程材料力学的知识是为正确选用材料、合理构件奠定必要的理论基础主要讨论常用工程材料在常温、静载条件下的力学性能 材料失效分析的基本方法设计准则

  3. 第一节 常用工程材料在轴向拉伸与压缩时的力学性能 • 构件材料抵抗破坏的能力及其受力后的变形规律称为材料的力学性能 一、材料的拉伸实验

  4. 试 件 的 基 本 条 件 拉伸 压缩 低碳钢Q235 材料 拉伸 压缩 铸铁 拉伸试件 d 压缩 试件 d L h

  5. 材 料 实 验 机 拉 伸 压 缩

  6. 低碳钢的拉伸 点击画面观看动画

  7. 低碳 钢 拉 伸 时 的 应 力 应 变 曲 线 单 向 应 力 状 态 下 材 料 的 力 学 性能 锯齿状 强度极限 屈服极限 比例极限 • 弹性阶段 • 塑性阶段 • 强化阶段 • 颈缩阶段

  8. 拉 伸 曲 线 的 四 个 阶 段 颈缩阶段 弹性阶段 = E x  塑性阶段 单 向 应 力 状 态 下 材 料 的 力 学 性能

  9. 比 较 低碳钢拉伸 铸铁拉伸 点击画面观看动画 塑性材料拉伸时为什么会出现滑移线? ?

  10. 颈 缩 现 象 和 断 裂 行 为 L1 - L A - A1 x 100% 延伸率  = x 100% 截面收缩率  = L A

  11. 冷 作 硬 化 现 象 分 析 卸载 卸载与重新加载行为

  12. 冷 作 硬 化 现 象 分 析 再加载 卸载与再加载行为

  13. 铸 铁 拉 伸 应 力 应 变 曲 线 脆 性 材 料 点击画面观看动画 特 点 • 无明显的直线部分 • 无明显的屈服阶段 • 无颈缩阶段

  14. 铸 铁 拉 伸 断 裂 行 为 断 裂 行 为

  15. 两 种 材 料 拉 伸 曲 线 比 较 塑性金属材料 脆性材料 强 度 指 标( 失 效 应 力 ) σo=σs σo=σb 脆 性 材 料 塑 性 材 料

  16. 低 碳 钢 压 缩 应 力 应 变 曲 线 [  l ] = [  y ]  s 单向压缩应力状态下 材料的力学行为

  17. 铸 铁 压 缩 应 力 应 变 曲 线 单向压缩应力状态下 材料的力学行为 [  l ] < [  y ]  0y = (4  5)  0l

  18. 小 结 塑性金属材料 脆性材料

  19. 脆性材料的扭转 点击画面观看动画

  20. 塑性材料的扭转 点击画面观看动画

  21. 第二节 强度失效判据与设计准则 • 一、许可应力与安全因数 塑性材料 [σ]= σs/ ns 脆性材料 [σ]= σb/ nb • 二、强度失效判据与设计准则 σmax≤ [σ] 当[σ-]≠ [σ+]时: σ+max≤ [σ+] σ-max≤ [σ-]

  22. 第三节 强度失效判据 与设计准则的应用 • 计 算 步 骤 • 1. 判断危险截面及危险点、计算危险点处的应力 • 2. 分析危险点处的应力状态,求出主应力 • 3. 根据材料性能选择设计准则进行强度计算

  23. 二、三类典型危险点的应力状态 • 1. 第一类危险点(单向应力状态) • 2. 第二类危险点(纯剪应力状态) • 3. 第三类危险点 (单元体上存在两个主应力的应力状态) 三、设计准则的选择 1. 脆性材料:采用最大拉应力准则 2. 塑性材料:采用最大切应力准则或形状 改变比能准则

  24. 举例:单向应力状态下材料的失效判据 s ns o [] = n b FNmax nb max =  [] A max= = s 塑性材料 max= = b 脆性材料 max  []

  25. 轴向拉伸和压缩时强度条件的应用 A 例题:已知 Q = 50 KN,AB 杆 [l] = 30 MPa,BC 杆 [y] = 90 MPa,求 : AAB 、ABC 。 B 30o Q FX = 0 ; NBCsin30o - NAB = 0 ; NAB = FY = 0 ; NBCcos30o - Q = 0; NBC = 2cos30o Q NAB Q AB 杆:  [l] ; AAB  962 (mm2) => dAB  35 (mm) BC 杆:  [y] ; ABC  641 (mm2) => dBC  29 (mm) AAB cos30o C NBC Y ABC B X NAB 30o NBC Q 解: (1)计算各杆受力 (2)计算各杆截面面积

  26. 轴向拉伸和压缩时强度条件的应用 A 例题:已知 Q = 50 KN,AB 杆 [l] = 30 MPa,BC 杆 [y] = 90 MPa,dAB = dBC = 30mm , 试校核此机构强度。 B 30o Q FX = 0 ; NBCsin30o - NAB = 0 ; NAB = FY = 0 ; NBCcos30o - Q = 0; NBC = 2cos30o Q Q cos30o C Y NAB AB 杆: = 40.7 (MPa)  [l] BC 杆: = 81.6(MPa)  [y] AAB B X NAB NBC ABC 30o NBC Q 解: (1)计算各杆受力 (2)分别校核各杆件的强度 强度不够

  27. 轴向拉伸和压缩时强度条件的应用 A 例题:已知 dAB= 32mm, dBC = 30mm ,AB 杆 [l] = 30 MPa,BC 杆 [y] = 90 MPa,试确定 B 点可吊起的最大载荷。 B 30o Q FX = 0 ; NBCsin30o - NAB = 0 ; NAB = FY = 0 ; NBCcos30o - Q = 0; NBC = 2cos30o Q Q cos30o C Y NAB AB 杆:  [l] ; NAB  24.1 (KN) => Q  41.76 (KN) BC 杆:  [y] ; NBC  63.6 (KN) => Q  55 (KN) AAB B X NAB NBC ABC 30o NBC Q 解: (1)计算各杆受力 (2)由各杆件的强度确定Q 综合考虑:Q取40KN

  28. 谢 谢 观 看 再 见