Механика деформирования и разрушения

Методическое пособие - Физика

Другие методички по предмету Физика

? напряжении на площадке получим главную площадку и нормальное напряжение на ней будет главным:

g2?0= (4)

 

(4) определяет два взаимно перпендикулярных направления, по которым действуют главные напряжения ?max и ?min. Подставив (3) ?= ?0:

 

??0= + ( + ?xytg2?0) cos2?, с учетом (4):

cos2?0= =

?1,2= (5)

+ для ?max= ?1

- для ?min= ?2

 

В главных осях тензор запишется:

 

?p?=

tg?1,2=

 

Совместим оси x и y с направлениями ?1 и ?2, т.е. выберем главные оси:

 

?x= ?1; ?y= ?2; ?xy= 0

 

Угол ? отсчитывается от направления ?1, тогда выражения (2) и (3) упростятся:

 

??= + cos2? (6)

??= - sin2? (7)

?= - 450, sin2?= -1

?max= (8)

 

?max равно полуразности главных напряжений, действующих под углом 45? к главным осям. Подставляя (5) в (8) получим выражение ?max через исходные компоненты:

 

?max=

 

На площадке под углом 45? к главным осям:

 

?45 = =

 

Круг напряжений Мора.

Обозначим (6) и (7):

 

= a = R

??= a + Rcos2? (9)

??= - Rsin2? (10)

 

В координатах ? и ? эти равенства являются уравнениями окружности R в параметрической формуле (?-параметр) и дают круг напряжений Мора, который позволяет графически находить напряжения на любой наклонной площадке с углом ?

 

 

 

Круг Мора можно построить и не по главным напряжениям, т.е. ?x, ?y, ?xy.

Объемное напряженное состояние (ОНС)

Оно определяется полным тензором напряжений с шестью независимыми компонентами, представляющими собой нормальные и касательные напряжения на гранях элементарного кубика, расположенного в системе координат x,y,z. Этот тензор позволяет находить напряжения на любой наклонной площадке с единичным вектором (?x, ?y, ?z)

 

?x= cos()

?y= cos()

?z= cos()

 

Вывод формул ведется как и для ПНС. Элементарный кубик пересекается наклонной плоскостью, правая часть отбрасывается и рассматривается равновесие левой. Из условий равновесия получаем кубическое уравнение для определения главных напряжений

 

?1?2?3

 

т.е. наша наклонная площадка выбрана главной:

 

?3 + I1?2 + I2? - I3= 0 (11)

 

Коэффициенты (11) являются инвариантами, которые не зависят от выбора осей координат, поскольку при любых исходных площадках они должны давать одни и те же значения главных напряжений (?1, ?2, ?3). Величины I1, I2, I3 называют первым, вторым и третьим инвариантом (т.е. при повороте площадки значение не меняется) тензора напряжений:

1= ?x + ?y + ?z

I2= ?x?y + ?y?z + ?z?x - - -

I3= ?x?y?z - ?x - ?y - ?z - 2?xy?yz?zx

 

Круг Мора для ОНС.

 

 

Заштрихованная часть определяет напряженное состояние на наклонных площадках. Здесь более сложные построения, чем для плоского напряженного состояния.

Обобщенный закон Гука.

В линейном состоянии закон Гука имеет самый простой вид ?= E?.

Но и в более общем объемном напряженном состоянии между компонентами тензоров напряжений и деформации существует определенная зависимость. При малых упругих деформациях эта зависимость является линейной и называется обобщенный закон Гука. Он особенно прост в случае изотропного тела, свойства которого не зависят от направления.

 

?xy= - модуль сдвига, модуль упругости 2 рода

?yz=

?zx=

 

Т.е. здесь сдвиговая деформация определяется одним соответствующим или тангенциальным напряжением. В случае линейной деформации они зависят от всех трех нормальных напряжений.

 

?x= - ? - ?

?y= [?y - ?(?x - ?z)]

?z= [?z - ?(?z - ?y)]

 

Сложив линейные деформации, получим относительное изменение объема:

 

= ?x + ?y + ?z= (?x + ?y + ?z)

 

Потенциальная энергия деформирования.

В элементарном объеме определяются суммой работ сил, действующих на поверхности этого объема. Например, сила ?xdy?z совершает работу на перемещение ?xdx по оси x, вызванном всеми действующими силами:

 

 

?x?ydz ?xdx

 

Касательная сила ?yzdydx на перемещение ?yzdz дает работу:

 

?yxdydx ?yzdx

 

Все остальные компоненты дают аналогичные выражения. В итоге для энергии деформирования элементарного объема получим:

= dxdydz (?x?x + ?y?y + ?z?z + ?yz?yz + ?zx?zx + ?xy?xy)

 

Разделив на единицу объема dxdydz, и выразив деформации через напряжение, получим выражение для энергии деформирования единичного объема:

0= [ - 2?(?x?y + ?y?z + ?z?x) + (

 

Или в главных напряжениях:

0= [(?1?2 + ?2?3 + ?3?1)]

 

Эта энергия деформирования состоит из двух частей: из энергии изменения объема и из энергии изменения формы.

0= Uи.об. + Uи.ф.и.об.= (?1 + ?2 +

Uи.ф.= ( ?1?2 - ?2?3 - ?3?1)

 

В другой форме:

 

Uо.ф.= [( + ]

 

Для неглавных осей получим:

о.ф.= [( + + (

 

Теории предельных напряженных состояний.

В зависимости от условий нагружения, материал может находиться в механических состояниях:

упругом (при небольших внешних силах)

пластическом (при больших силах)

разрушения (при очень больших силах и образовании трещин)

Предельное напряженное состояние- это такое состояние, при котором происходит переход из одного сотояния в другое:

для хрупких- упругое переходит в разрушение

для пластичных- упругое переходит в пластичное с большой остаточной деформацией

Предельное напряженное состояние характеризует свойства материала. При расчете конструкции на прочность обычно максималь