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强度理论


总结
由于第一强度理论在容器设计历史上使 用的最早,实践经验较为成熟,而且由 于强度条件不同而引起的误差已经考虑 在安全系数内,所以至今在容器常规设 计中仍然采用第一强度理论。 GB150-98《钢制压力容器》中,内压 圆筒强度计算基本公式的理论依据是第 一强度理论。
强度理论
断裂强度理论(对于脆性材料) (1)最大拉应力理论 (2)最大伸长线应变理论 屈服强度理论(对于塑性材料) (1)最大切应力理论 (2)最大形变比能(distortion energy)理论
第一强度理论 最大拉应力理论脆性断裂理论) (最大拉应力理论 )
第一强度理论认为最大拉应力是引起材料脆 性断裂破坏的主要因素,即无论材料处于何 种应力状态,当最大拉应力达到单向应力状 态下所测定的危险应力值时,材料就开始脆 性断裂破坏。按照这一理论所建立的强度条 件是: σ r1 = σ 1 ≤[ σ ] σ 式中, r1 称为第一强度理论的相当应力; σ 1 是复杂应力状态中的最大拉应力。
第二强度理论 最大拉应变理论) (最大拉应变理论)
第二强度理论认为材料破坏主要是由于最大拉应变达 到危险值所引起的,即不论材料处于何种应力状态, 当其最大拉应变达到简单拉伸下出现危险状态之应变 时,材料开始破坏。其破坏条件是:
σ
ε 最大=ε=
σ
E
式中的为简单拉伸下危险的应变值。
σ r 2 = σ 1 − µ (σ 2 + σ 3 ) ≤[ σ ]
σ 1 σ 2 σ 3 是按代数值大小而排列的三个方向的主应力, σ 1 是最大一个主应力。
第三强度理论 最大剪应力理论) (最大剪应力理论)
容器中大量采用低碳钢等塑性材料,它们是以屈服(流动)并产生 较大的塑性变形为其破坏标志的。而材料的屈服现象,主要是由 最大剪应力所引起。基于这种认识,第三强度理论认为不论材料 处于何种应力状态,当它的最大剪应力达到在简单拉伸下使材料 屈服的最小剪应力值时,材料开始发生破坏。 按此理论建立的强度条件是:
σ =0,按照第三强度理论计算 对于薄壁容器, 3 结果与按第一强度理论的计算结果相同。
σ r 3 = σ 1 − σ 3 ≤[σ]
第四强度理论 最大变形能理论) (最大变形能理论)
第四强度理论认为材料破坏的主要原因是它的 形状变形能达到了某一极限值。即不论材料处 于何种应力状态,当它的形状变形能达到在简 单拉伸情况下使材料届服的极限形状变形能之 值时,材料就发生破坏。 按此理论建立的强度条件是:
σ r4
1 = [(σ 1 − σ 2 ) 2 + (σ 2 − σ 3 ) 2 + (σ 3 − σ 1 ) 2 ] 2
总结
以上四个强度理论,都是根据材料的“破 坏”的形式来选择,塑性材料一般发生塑 性屈服,而脆性材料一般发生脆性断裂破 坏。 第一强度理论对脆性材料较适用;第二强 度理论对受二向或三向应力的脆性材料并 不适用;第四强度理论对于塑性材料,不 论是受压或受拉,其计算结果基本符合实 际情况。第三强度理论对于塑性材料比较 适用,其计算误差一般不超过,而且形式 也比较简单,所以应用更为广泛。
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