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关于强度理论

已有 2194 次阅读 2020-5-15 17:30 |系统分类:论文交流

    强度理论是判断材料在复杂应力状态下是否屈服或破坏的理论。由于各种工程构件通常都在复杂应力状态下工作,因此强度理论是对一切工程结构进行强度设计的依据。鉴于不可能对各种材料在无穷多的、各种各样的应力状态下都进行实验,所以强度理论的研究就显得尤为重要。由于强度理论关系着安全和经济两个至关重要的主题,故长期以来一直倍受国内、外工程界和力学界的广泛关注。大量的实验结果表明:不同的材料在同样的加载条件下会呈现不同的屈服或破坏形式(例如铸铁、低碳钢的圆轴试件及竹筒,在纯扭时破坏面将分别与试件轴线大致成45°90°、及交角);而同一种材料在不同应力状态下也会呈现出不同的屈服或破坏形式(例如在三向受压的情况下,通常被认为是典型脆性材料的砼,也会呈现明显的塑性破坏形态)。鉴于问题是如此复杂,致使强度理论问题至今还远未能得到圆满解决。综观目前国内、外在这一研究领域的状况发现,其主要问题是:现有的各种强度理论,实际上都是通过观察破坏或屈服现象后提出的各不相同的假设;在实用方面它们也常常与复杂应力状态下的实验结果相差较大,以致在许多情况下都使得目前为获得高精度应力分析成果所作的种种努力付之东流。因为高精度的应力分析成果相对于不精确的强度准则而言,高精度已失去了其应有的价值和意义。例如,砼是一种应用广泛的工程材料,经典强度理论认为第一、第二强度理论和Mohr强度理论可用于砼结构的强度设计。但试验结果表明,砼在双轴拉、压受力状态下所能承受的最大拉、压应力值都低于、或显著低于单轴抗拉、抗压强度(这显然有悖于第一强度理论);在三向均匀受压的情况下,砼能够承受远比单轴抗压强度大得多的压应力(这显然有悖于第一和第二强度理论);在三轴受压且当第三主应力与第一主应力之比较大时,第二主应力对砼的强度影响显著(这显然有悖于Mohr理论)。以上事实说明上述三种强度理论中的任何一种,都不能正确描述砼的强度规律,把它们用于砼的强度设计,都难免有时不能保证安全,有时又显得不够经济合理。为了解决这一困扰工程界的力学问题,从20世纪七十年代以来,人们在进行大量三轴强度试验的基础上,提出了多种砼在复杂应力状态下的所谓通用(统一)强度准则。但就本质而言,这些准则实际上都是通过拟合实验数据得到的一些经验公式,它们没有明确的物理意义并带有一定的局限性和盲目性。类似的问题在具有各向异性性质的复合材料中表现得更加突出,可以预料,随着各种类型复合材料的广泛使用,将会有更多、更复杂的问题暴露出来。综上可以看出,寻找建立强度理论的新思路和新方法很有必要,因为它既是一个重要的基础理论问题,又具有宽广的工程应用背景,同时还具有巨大的潜在经济效益和社会效益。




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