Критерии (гипотезы) прочности и пластичности.

При оценке несущей способности конструкций и сооружений следует исходить из того, что в одних случаях наступление предельного состояния отождествляется с появлением пластических деформаций, в других- с разрушением конструкций. Если напряженное состояние в элементах сооружения является одноосным, то определение момента появления деформаций текучести или разрушения осуществляется путем сопоставления напряжений с пределом текучести или пределом прочности. Ситуация существенно усложняется в случае плоского или объемного напряженного состояния (ПНС, ОНС).

Число опытов с образцами на ПНС или ОНС очень велико, так как для каждой новой комбинации нормальных и касательных напряжений необходимо проводить новую серию экспериментов с доведением образцов до предельного состояния (рис. 6.2- 6.7).

В связи с этим предпочтение отдается другому пути решения поставленной задачи, заключающемуся в установлении меры напряженного состояния, при достижении которой происходит переход от упругого состояния к предельному.

Такая мера устанавливается с помощью критериев (гипотез) пластичности (текучести) или прочности (разрушения). В качестве таких критериев были предложены различные факторы (максимальные нормальные напряжения, максимальные относительные деформации, максимальные касательные напряжения, удельная энергия изменения формы тела и др.)

Каждый из этих критериев лишь косвенно отражает сложный, до конца не изученный процесс наступления предельного состояния в материале и оказывается применимым лишь в определенных условиях. Появление пластических или остаточных деформаций, как правило, далеко не означает разрушение материала, поэтому критерии прочности и пластичности отождествлять не следует.

 

Рис. 6.2 Опыты на плоское напряженное состояние (ПНС)

Рис. 6.3 Предельное состояние пластины

Рис. 6.4 Проведение опытов на пространственное напряженное состояние

Рис. 6.5 Испытательная машина на ОНС (вид сверху)

 

Рис. 6.6 Универсальная испытательная машина

Рис. 6.7 Изгиб балки (ПНС)

Допустим, что напряженное состояние в точке тела, отвечающее заданной нагрузкеизвестно. Путем её увеличения напряжения в точке увеличиваются пропорционально и в конце концов либо наступает разрушение материала, либо появляются пластические деформации.

Основной задачей теории прочности является разработка критериев прочности и пластичности материала для сложного (плоского и объемного) напряженного состояния (СНС).

Главное допущение теории прочности: считается, что причина наступления предельного состояния (разрушение или течение) в простом и сложном напряженных состояниях одинаковая.

Любое СНС будем характеризовать главными напряжениями .

Хрупкие материалы.

Первая теория (гипотеза) прочности. Критерий наибольших нормальных напряжений.

Разрушение материала в сложном случае напряженного состояния наступит при достижении наибольшим нормальным напряжением значения предела прочности при центральном растяжении (сжатии).

Условие разрушения:

(6.8)

Вторая теория (гипотеза) прочности. Критерий наибольших линейных относительных удлинений.

Разрушение материала в сложном случае напряженного состояния наступает при достижении наибольшей линейной относительной деформацией величины при одноосном напряженном состоянии в момент разрушения.

Условие разрушения:

(6.9)

 

Пластичные материалы.

Третья теория (гипотеза) прочности. Критерий наибольших касательных напряжений.

В сложном напряженном состоянии течение материала наступит тогда, когда наибольшие касательные напряжения станут равными наибольшим τ при течении материала в случае центрального растяжения (сжатия).

Условие течения:

(6.10)

Четвертая теория (гипотеза) прочности. Критерий удельной потенциальной энергии формоизменения.

В сложном напряженном состоянии течение материала наступит тогда, когда удельная потенциальная энергия, затраченная на изменение формы, станет равной удельной потенциальной энергии формоизменения в момент течения при одноосном напряженном состоянии.

Условие течения:

(6.11)