Теории предельных напряженных состояний

Материал, из которого выполнена конструкция, может находиться в различных механических состояниях. При сравнительно небольших нагрузках материал работает упруго. Его поведение может быть описано законом Гука. По мере роста нагрузок материал переходит в упругопластическую стадию, возникают значительные остаточные деформации. Происходит коренное изменение механических свойств материала. Затем появляются трещины, которые разрастаются и материал переходит в стадию разрушения, что также говорит о коренных в нем изменениях.

Механическое состояние материала в точке зависит в первую очередь от напряженного состояния в данной точке. Правда, механическое состояние зависит не только от напряжений, но и от других факторов (истории нагружения, влияния температуры и скорости нагружения), но учет влияния этих факторов чрезвычайно затруднителен, поэтому приходиться вводить допущение о том что механическое состояние в точке зависит только от напряженного состояния в данной точке.

Напряженное состояние, при котором происходит коренное изменение механического состояния материала в точке, называется предельным напряженным состоянием.

Как можно понять из того, что было сказано выше, имеются два различные предельные состояния:

1 ) Переход материала в данной точке в пластическое состояние.

2) Наступление стадии разрушения.

Для оценки наряженных состояний надо знать механические характеристики материалов, которые определяются из испытаний, проводимых над образцами. Для того чтобы результаты испытаний были достоверными, необходимо обеспечить в образце однородное, т.е. не меняющееся от точки к точке, напряженное состояние. Это возможно в полной мере при испытании образца на растяжение и отчасти при испытании короткого образца на сжатие и тонкостенной трубки на кручение.

Основным видом испытания, как мы знаем, является испытание на растяжение.

Таким образом, ставится следующая задача: Отправляясь от экспериментов проведенных в условиях одноосного растяжения, дать оценку напряженного состояния в конструкции.

Если конструкция работает в условиях одноосного напряженного состояния (растяжение, сжатие, чистый изгиб), то сделать это несложно. Коэффициент запаса в этом случае определяется

- коэффициент запаса по текучести

- предел текучести при растяжении

- напряжение в наиболее опасной точке конструкции.

В случае сложного напряженного состояния (двухосного, трехосного) сделать это сложнее. Прежде всего обобщим понятие коэффициента запаса на случай сложного напряженного состояния.

Под коэффициентом запаса будем понимать число, в которое надо увеличить одновременно все компоненты напряженного состояния чтобы оно стало предельным.

Различные напряженные состояния, имеющие одинаковые коэффициенты запаса, т.е. одинаково близкие к предельному напряженному состоянию, будем называть равноопасными.

Введем основное в теории предельных напряженных состояний понятие: эквивалентное напряжение – напряжение, которое надо создать в растянутом образце, чтобы его напряженное состояние было равноопасно заданному сложному напряженному состоянию. Величина эквивалентного напряжения устанавливается с помощью соответствующей теории (гипотезы) предельного напряженного состояния.