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强度理论那点事!脆性材料篇!一文搞定库伦-莫尔准则!

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强度理论    

    材料破坏的形式有两种:脆性断裂和塑性屈服。强度理论分为两类:针对脆性断裂的强度理论,针对塑性屈服的强度理论。    

    本文主要介绍针对脆性断裂的强度理论第一强度理论与莫尔强度理论。

第一强度理论

    在ANSYS中查看第一主应力:    
   

    对于第一强度理论,在应力工具中对应最大拉伸应力:

    官方帮助节选:

莫尔强度理论

    莫尔强度理论(库伦-莫尔强度理论,或称为C-M强度理论)假定:当剪切应力和法向应力的组合达到一个临界值时,材料会发生断裂。    

    以法向应力为横坐标,以剪切应力为纵坐标绘制应力圆与斜直线,如下图所示(称为莫尔强度理论的应力圆图解)。

   
    当最大的应力圆在斜直线的内部,表示材料不失效,相反则材料失效。μ和τi决定了材料的断裂边界(强度理论)。    

    关于应力圆的基础知识,可以参考相关文章主应力那点事!仿真工程师必懂!

    假设μ和τi已知,则可以绘制斜直线,以圆周通过原点构造两个应力圆和斜直线相切,如下图所示。

   

    设m为斜直线与水平轴夹角的正弦值,可得关系式如下:

   

    莫尔强度理论的解析式:

或者

   

    莫尔强度理论的三维应力空间图解:

   

    莫尔强度理论的二维应力空间图解:

   

    在拉伸试验和扭转试验中,莫尔强度理论与脆性材料的断裂行为不一样,所以需要进行修正,称为修正莫尔强度理论。简单来说就是结合了第一强度理论的莫尔强度理论。

    修正莫尔强度理论的三维应力空间图解:

莫尔强度理论与ANSYS

    在ANSYS中:对于第一强度理论,可以直接查看第一主应力;对于第三强度理论,可以直接查看应力强度;对于第四强度理论,可以直接查看等效应力。    
    应该强调,对于莫尔强度理论,ANSYS不能直接查看相关应力,换言之,ANSYS不直接提供所谓的莫尔应力。    
    在本号前作脆性材料强度校核仿真实战!库伦-摩尔断裂准则!修正摩尔断裂准则!中,通过自定义结果功能,定义了如下表达式。可以认为该应力为莫尔应力(只是一种称谓)。    
   
    虽然ANSYS不提供所谓的莫尔应力,但提供了库伦-莫尔应力工具。    
   
    官方帮助节选:    
   

莫尔强度理论案例实战

    案例描述见本号前作脆性材料强度校核仿真实战!库伦-摩尔断裂准则!修正摩尔断裂准则!,这里不赘述。

    已知抗拉强度为214MPa,抗压强度为770MPa。    
   

    直接获得外表面的莫尔应力安全系数约为:2.15

   
    根据公式计算获得m=0.565,利用用户定义结果,获取C12,C23,C31的最大值:    

    计算获得外表面的莫尔应力安全系数约为:770/358=2.15   

来源:博集华仿
静力学断裂新能源理论材料试验ANSYS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-11-08
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博集华仿
硕士 致力于推广工程仿真技术
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