强度设计与剩余强度系数

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1、3.7　强度设计与剩余强度系数   结构强度是结构承受外载荷作用的能力，即抵抗断裂、失稳、不容许变形（或位移）的能力。强度设计的主要工作包括规定结构强度设计标准，确定强度判别原则。主要内容是获得结构上作用的载荷数据；进行细致而准确的结构分析；根据强度判别原则和设计标准做出强度判断并计算剩余强度系数。结构分析内容已在3.6节中介绍，本节介绍强度判别原则和确定剩余强度系数问题。3.7.1 判别原则（1）静强度判别原则   1）第一个判别原则   不管结构中各元件处于什么样的应力状态，只要结构在各元件的最大正应力不大于各元件材料的极限应力，即：                      

2、      则认为结构不会破坏，若为材料强度极限，、、为主应力，且>>，可为简单拉伸的强度极限，也可为简单压缩的屈服极限，则对于简单拉伸情况，判别原则为：                                                                                                                  （3.7-1）   对于大多数塑性材料，两者的数值差不多相等；对于脆性材料，两者的数值不等。这一判别原则适用于脆性破坏情况。   2）第二个判别原则   不管结构中各元件处于什么样的应力状态，只要结构中各元

3、件的最大剪应力不大于元件材料极限剪切应力，即：                            则认为结构不会破坏。按照应力分析的算式，且当>>时，由上式还可得：                                                                                                             （3.7-2）   这一判别原则，主要考虑了最大剪应力，忽略了面上其他剪应力，对于塑性材料，它与实验结果相当符合，适用于结构塑性破坏。   实际上，结构破坏的原因并不是固定的，主要取决于结构的应力状态。

4、强度条件应包括结构的断裂和剪断两个方面。因此，当结构承受的正应力大于剪应力时，还可得：                                                                                                          （3.7-3）   3）第三个判别原则   不管结构中各元件处于什么样的应力状态，只要材料单元体内各个面上剪应力的统计平均值大于极限剪应力，即：                             则认为结构不会破坏。若以主应力表示，则：                        

5、                                                    （3.7-4）   这是米赛斯（Mises）条件。   当时，则：                                                                           （3.7-5）   当结构承受的正应力小于剪应力时，还可得：                                                                                                        

6、   （3.7-6）   上述判别原则，不但以最大剪应力为主，还考虑了面上其他剪应力，也适用于结构塑性破坏情况。（2）稳定性判别原则   若结构承受单元载荷，为弯曲正应力，为弯曲临界应力，为轴压应力，为轴压临界应力，为剪切临界应力，为外压，为外压临界力，当：                                                                                                             （3.7-7）时，认为结构不失稳。   当结构承受组合载荷时，其相应的相关函数值小于等于1，认为结构不失稳。相关

7、函数见表3.7-1。表3.7-1中，为轴压，为内压，为拉应力，下标表示临界参数，为材料泊松比，为框距，为圆筒半径，为圆筒厚度。                       。   表3.7.1 相关函数组合载荷相关函数条件轴压与弯矩 外压与轴压 扭矩与轴压简支1固支5扭矩与轴压、外压 扭矩与轴压、弯矩 扭矩与弯矩 扭矩与内压 扭矩与拉伸 （3）刚度判别原则   结构刚度用结构在设计载荷下的位移（或转角）表示，结构刚度判别原则是要求不大于规定的允许值，即：