2017-2018第一学期《工程力学ⅱ(材料)》问题答疑材料(2)

2019-03-10 17:22

11、压杆失稳。

设压力与杆件轴线重合,当压力逐渐增加,但小于某一极限值时,杆件一直保持直线形状的平衡,即使用微小的侧向干扰力使其暂时发生轻微弯曲,干扰力解除后,它仍将恢复直线形状。这表明压杆直线形状的平衡是稳定的。当压力逐渐增加到某一极限值时,压杆的直线平衡变为不稳定,将转变为曲线形状的平衡。这时如再用微小的侧向干扰力使其发生轻微弯曲,干扰力解除后,它将保持曲线形状的平衡,不能恢复原有的直线形状。上述压力的极限值称为临界压力或临界力,记为Fcr。压杆丧失其直线形状的平衡而过渡为曲线平衡,称为丧失稳定,简称失稳,也称为屈曲。杆件失稳后,压力的微小增加将引起弯曲变形的显著增大,杆件已丧失了承载能力。这是因失稳造成的失效,可以导致整个构件的损坏。细长压杆失稳时,应力并不一定很高,可见这种形式的失效,并非强度不足,而是稳定性不够。

影响压杆稳定性的因素有:压杆材料、压杆长度、压杆绕转动轴的惯性矩(即压杆的截面尺寸和形状)、压杆的支承条件等。

二、命题作业部分:

1.在工程建设中,低碳钢是典型的塑性材料,铸铁是典型的脆性材料,作为两种最常见的材料力学的研究对象。从这两个不同类别材料的实验现象中可以看出塑性材料和脆性材料的受力现象,了解其中的力学性能。

材料在外力的作用下有两种不同的破坏形式:

一是在不发生显著塑性变形时的突然断裂,称之为脆性破坏; 二是因发生显著塑性变形而不能继续承载的破坏,称之为塑性破坏。

其中铸铁是脆性材料的典型代表。而低碳钢是塑性材料的典型代表。

2.详细说明四种强度理论的破坏标志、基本假设内容、建立的强度条件公式以及适用的范围。

1、最大拉应力理论:这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素是最大拉应力,无论什么应力状态,只要构件内一点处的最大拉应力σ1达到单向应力状态下的极限应力σb,材料就要发生脆性断裂。于是危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条件是:σ1=σb。σb=[σ],所以按第一强度理论建立的强度条件为:σ1≤[σ]。

2、最大伸长线应变理论:这一理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素,无论什么应力状态,只要最大伸长线应变ε1达到单向应力状态下的极限值εu,材料就要发生脆性断裂破坏。εu=σb/E;ε1=σb/E。由广义虎克定律得:ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E,所以σ1-u(σ2+σ3)=σb。按第二强度理论建立的强度条件为:σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。

3、最大切应力理论:这一理论认为最大切应力是引起屈服的主要因素,无论什么应力状态,只要最大切应力τmax达到单向应力状态下的极限切应力τ0,材料就要发生屈服破坏。τmax=τ0。依轴向拉伸斜截面上的应力公式可知τ0=σs/2(σs——横截面上的正应力)由公式得:τmax=τ1s=(σ1-σ3)/2。所以破坏条件改写为σ1-σ3=σs。按第三强度理论的强度条件为:σ1-σ3≤[σ]。

4、形状改变比能理论:这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素,无论什么应力状态,只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力

状态下的极限值,材料就要发生屈服破坏。发生塑性破坏的条件,所以按第四强度理论的强度条件为:sqrt(σ1^2+σ2^2+σ3^2-σ1σ2-σ2σ3-σ3σ1)<[σ]

第一强度理论没考虑σ2、σ3对材料破坏的影响,对无拉应力的应力状态无法应用。

第二强度理论的应用在脆性材料的二向应力状态且压应力很大的情况,但还是与大多数的材料不符合。

第三强度理论的应用在塑性材料的屈服失效形势,因为没考虑σ2对材料的破坏影响,计算结果偏于安全,不如第四强度理论精确。

第四强度理论的应用较为广泛。


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