失效判據應該用應力還是應變

使用應力還是應變作為失效的判據是一直以來困擾著我們, 從最開始形成強度理論一直到現在. 可以說, 目前并沒有一個定論, 有些人用應力作為判據, 而有些用應變. 有的時候我們按照經驗或者企業標準選擇, 但大多數時候, 我的體驗是----矛盾感. 那么如何選擇呢?

最常使用的應力判據是 Mises 等效應力(第四強度理論)。其他使用的判據為最大剪應力(Tresca)判據(第三強度理論),最大主應力(第一強度理論), 最大主應變(第二強度理論)。

Mises 等效應力適用于各向同性材料,使用廣義胡克定律,對于各向同性材料,Mises等效應力和應變具有相同的形式,也就是說,應力和應變判據可以互換使用。對于多數材料來說,過了屈服點后,材料的應力應變曲線的斜率變小,即應變變化很大,但應力變化較小。這種情況來說,應變要有更好的分辨率,所以使用應變作為判據應該更合適一點。

但上面的好事情不會一再出現的,世界是復雜的。首先,如果等效應力使用在各向異性的材料上,等效應力和應變就不能互換了。即使是各向同性材料,其他的各種判據應力和應變也不能互換,比如最大主應力判據就不能直接轉換成最大主應變判據(否則就不用作為兩種理論了—對吧)。簡單的理解就是,要得到最大主應變,除了需要最大主應力的值,還需要其他的主應力的值(可參考廣義胡克定律)。

另外,Mises等效應力只可以使用在韌性材料上,如果用在脆性材料的話,結果會錯得離譜。

以上都表明了用應力還是用應變是個問題,根本原因是應力和應變是張量,如果是標量的話就沒有這么麻煩了。所以我們必須決定了,到底是使用應力還是應變呢?



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結論

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