
【化】 plastic failure criterion
model; mold
invalidation; lapse
【计】 out-of-order
【化】 abatement; fail(ure); out of service; out-of-run
【医】 inactivation
【经】 cease to have effect; lapse
canon; criterion; norm; rule; standard
【计】 guide line
【经】 guideline; reference frame; standard
塑性失效准则是固体力学中判断材料进入不可逆形变状态的核心指标,其英文对应"Plastic Failure Criterion"。该准则通过建立数学表达式,量化材料在复杂应力状态下产生永久塑性变形的临界条件,对工程结构的安全设计具有决定性作用。
根据ASM International发布的《金属手册》,常见塑性失效准则包含:
美国机械工程师协会(ASME)锅炉及压力容器规范明确指出,在压力容器设计中需同时考虑这两种准则。其中von Mises准则更适用于韧性金属材料的失效预测,而Tresca准则在保守设计场景应用更广。
Springer出版的《工程塑性力学》强调,现代工业应用中还需考虑温度梯度、应变速率等动态因素。例如高温环境下材料的蠕变效应会使屈服强度下降30%-50%,这已纳入ASTM E8/E8M标准试验方法的修订内容。
塑性失效准则是工程力学和压力容器设计中用于判断材料或结构是否失去承载能力的重要理论依据,其核心观点是:仅当材料或结构的整个截面完全进入塑性屈服状态时,才被视为失效。以下从定义、应用背景、理论依据及与其他准则的对比进行详细说明:
塑性失效准则认为,局部区域的屈服不会立即导致整体失效。例如,在承受弯曲应力的厚壁容器中,应力沿壁厚呈线性分布,即使表面应力达到材料的屈服强度($sigma_s$),内部材料仍处于弹性状态,能够继续承载。只有当整个截面全部屈服时,结构才会因塑性变形无法恢复而失效。
压力容器设计
在厚壁容器(如反应釜、管道)中,薄膜应力(均匀分布)与弯曲应力(线性分布)的差异显著。塑性失效准则允许局部塑性变形,充分利用材料的延展性,避免过早保守设计。
材料选择
适用于延展性较好的材料(如低碳钢),这类材料在屈服后仍能承受更大载荷,直至整体塑性变形。
塑性失效准则常结合以下屈服理论进行量化分析:
Tresca准则(最大剪应力理论)
认为当最大剪应力达到材料屈服强度的一半时发生屈服,表达式为:
$$tau_{text{max}} = frac{sigma_1 - sigma_3}{2} leq frac{sigma_s}{2n}$$
其中$sigma_1$、$sigma_3$为第一、第三主应力,$n$为安全系数。
von Mises准则(畸变能理论)
基于形状改变能理论,判据为:
$$sigma_{text{von Mises}} = sqrt{frac{(sigma_1-sigma_2) + (sigma_2-sigma_3) + (sigma_3-sigma_1)}{2}} leq frac{sigma_s}{n}$$
该准则更适用于复杂应力状态。
准则类型 | 失效判断依据 | 应用场景 |
---|---|---|
弹性失效准则 | 表面应力达到屈服强度即失效 | 保守设计,避免任何塑性变形 |
塑性失效准则 | 全截面屈服时失效 | 延性材料,允许局部塑性变形 |
爆破失效准则 | 材料应变硬化后达到极限压力时失效 | 高延展性材料的极端载荷分析 |
通过塑性失效准则,工程师可优化结构设计,减少材料浪费。例如,压力容器设计中,若仅按弹性失效准则设计,壁厚需求较大;而采用塑性失效准则,则能更经济地利用材料的承载潜力。
如需进一步了解具体计算方法或案例,可参考压力容器设计手册或有限元分析中的塑性力学模型。
八度音阶钡混凝土苯二甲醇捕蟹笼子参加人缴纳超声速流处理图象电镀铜多数函数额外权利附属商店股息通知书滑动计算法霍夫曼氏肌萎缩枯草粪滴虫阑尾的劳森内燃机粒状龈红色橡皮买家默读的平均法普通函数氰酸戊酯穹窿术柔弱足杀鸡用牛刀设备信托证券双方交易作成调制比