常用的强度理论主要有四种:
第一强度理论(最大拉应力理论):指以拉应力的最大值判断材料是否发生脆性断裂破坏的强度理论,该理论认为无论材料处于什么状态,只要其最大拉应力>材料的抗拉强度即认为材料失效;
适用于脆性材料受拉,如铸铁拉伸、扭转,破坏形式:断裂。
第二强度理论(最大拉应变理论):指最大拉应变理论,该理念以伸长线应变的最大值判断材料是否发生脆性断裂。
适用于脆性材料,如石料、混凝土轴向受压的情况,但其试验结果只与很少材料吻合,因此已经很少使用。破坏形式:断裂。
第三强度理论(最大切应力理论):无论复杂、简单的应力状态,只要最大拉应力达到单向拉伸时的极限应力值,即发生屈服。
适用于塑性材料,形式简单,概念明确,机械方面应用比较广,但由于未考虑第二主应力的影响,计算结果偏安全。破坏形式:屈服。
第四强度理论(形状改变比能理论):该理论认为,无论材料处在什么应力状态,材料发生屈服的原因是由于形状改变比能达到了某个极限。
适用于塑性材料,考虑了三个方向主应力的影响,比第三强度理论考虑得更加全面,应用较广泛。
莫尔强度理论:考虑最大切应力是引起屈服剪断的主要原因,考虑了拉、压综合的影响。
塑性、脆性材料均适用,考虑了材料抗拉和抗压能力不等的情况,当材料拉压强度相同时,等效于最大剪应力(第三强度理论)准则。
Workbench中为评估强度提供了一个工具,即Stress Tool,该工具基于第一、第三、第四和莫尔强度理论。
求解时,程序基于这四个强度理论判断结构强度是否满足工程要求,但这四个理论仅适用于连续介质的情况,如果金属有缺陷(如裂纹),则需要采用断裂力学的理论。
当使用Stress Tool时需要在材料数据中定义如下数据,或者可以在后续求解时手动输入。
手动输入:
Stress Tool主要可以查看三个参数
Safety Factor:安全系数,大于1表示结构是安全的;
Safety Margin:剩余安全系数(安全系数-1),大于0表示结构是安全的;
Stress Ratio:应力比,系数小于1表示结构是安全的。