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常用的强度理论 复合材料力学概论(五)——共同强度理论

发布日期:2022-11-11 13:32:41     来源:网络整理     作者:佚名     浏览次数:101
核心提示:这里需要指出的是,尽管常用强度理论仅适用于各项同性材料;但在复合材料力学分析中,往往强度相关的参数不全,并且复合材料力学强度理论复杂,使用常用强度理论对复合材料强度进行初步预测也是有一定指导意义的(前提是你知道自己在干什么);并且目前工程上很多人也是这么处理的。

介绍

上一篇简单介绍了复合材料的基本力学框架和单层板的刚度描述。

本文在介绍宏观尺度上的复合单层强度理论之前,先简要讨论常用的强度理论

本文会涉及到一些公式,文章会尽量减少那些不影响内容理解的公式;对于列出的公式,读者还可以学习如何查看这些公式;结合定义和讨论思路,公式的结构远比其具体内容重要得多。

强度理论

在外力作用下,材料会发生变形,这就是上面讨论的刚度相关问题;而当外力继续增大时,材料的变形能力也不是无限的。当达到材料的某些极限时,材料可能会发生塑性变形或变脆。这是强度理论中讨论的范畴;强度破坏是结构的主要破坏模式之一。

常用的强度理论 复合材料力学概论(五)——共同强度理论

材料一般有两种失效形式:

常用的强度理论 复合材料力学概论(五)——共同强度理论

材料的失效机理非常复杂;在单轴应力状态下,通过简单的拉伸或压缩试验即可获得材料失效的判断标准;但在双轴或三轴应力状态下,材料的应力状态是复杂的,不能通过有限的实验来预测各种工况下的状态。然而,在工程中,人们需要预测材料或结构的强度失效;因此,对于材料的失效机理,或者说失效的判断标准,提出了多种假设,这些相关的讨论就是强度理论。

宏观强度理论不涉及材料的破坏形式、过程和机理,是一种现象学;不同的强度理论只能预测某些类型的问题,而不能解释所有的材料失效,强度理论只是一个假设。

共同强度理论

本文将讨论常用的强度理论,通常用于各向同性材料;这些强度理论可以利用单向应力状态的测试结果,即材料力学中提到的四种类型,建立复杂应力状态的强度条件。强度理论。宏观尺度下复合单层的强度理论将在下一篇文章中讨论。

这里需要指出的是,虽然普通强度理论只适用于各向同性材料;但在复合材料力学分析中,与强度有关的参数往往不完整,复合材料的力学强度理论复杂。初步预测也是有启发性的(前提是你知道自己在做什么);工程界的许多人也在做同样的事情。

该理论认为,无论是简单的还是复杂的应力状态,导致失效的因素都是相同的常用的强度理论,而导致失效的原因与应力状态无关(虽然实际上是相关的),所以我们可以用单向应力状态的测试结果常用的强度理论,建立复杂应力状态的强度条件。

常用的强度理论 复合材料力学概论(五)——共同强度理论

通过简单的拉伸、弯曲、扭转、剪切等测试,我们测量出与我们需要的材料强度相关的参数。

常用的强度理论 复合材料力学概论(五)——共同强度理论

并且在大多数情况下,我们认为描述材料不同行为的强度是相关的,即我们认为拉伸强度和剪切强度之间存在一定的比例关系;尽管可以针对特定的强度参数获得不同的测试方法。不同的强度相关参数(如拉伸和弯曲试验得到的拉伸强度不一致);但在工程中,这种理解可以大大简化问题,并且已经证明是有效的。

常用的强度理论 复合材料力学概论(五)——共同强度理论

第一强度理论

第一种强度理论是最大正应力理论,通常适用于脆性材料;该理论认为,无论处于何种应力状态,只要材料的最大正应力超过强度极限,就认为材料失效。

第二强度理论

第二种强度理论是最大法向应变理论,只适用于少数脆性材料,应用较少;该理论认为,无论处于何种应力状态,只要材料的最大法向应变超过应变极限,就认为材料失效。

第三强度理论

第三种强度理论是最大剪应力理论,通常适用于塑性材料,应用广泛;该理论认为,无论处于何种应力状态,只要材料的最大剪应力超过强度极限,就认为材料失效。

通常许用剪应力约为许用正应力的0.5~0.7倍,所以也写为

第四强度理论

第四种强度理论是最大变形能量密度理论,适用于大多数塑料材料,应用广泛。它比第三强度理论更准确,但形式更复杂;与前三种理论相比,第四种强度理论考虑了复应力状态;该理论认为,形状变化的比能是材料失效的主要原因,无论何种应力状态,只要材料的最大变形能量密度超过强度极限,就认为材料失效;这里的强度极限一般指的是单轴应力状态下的极限值。

最后

本文简要回顾了材料力学中常用的四种强度理论,下面介绍复合单层板宏观尺度的强度理论。

-结束-

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