結(jié)構(gòu)在載荷作用下的性能表現(xiàn)取決于兩個(gè)層面的因素。一 個(gè)因素是材料的基本力學(xué)性能 ，也就是材料本身的能力。每種材料都有其自身的能力和極限。使用不同材料的結(jié)構(gòu)會(huì)有不同的性能表現(xiàn)。另一個(gè)因素是結(jié)構(gòu)的特性，主要是結(jié)構(gòu)的幾何特性，例如結(jié)構(gòu)的形狀、布局、截面、厚度、連接、形面的變化情況（如均勻變化或突然變化）等 。它與結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)有關(guān)。

 

一、結(jié)構(gòu)失效

 

結(jié)構(gòu)失效的一個(gè)重要因素是材料失效。金屬材料是制造汽車的核心材料。在前面章節(jié)(第 1.2節(jié) ）中所述的汽車耐久性失效的各類問(wèn)題中，涉及金屬材料的失效形式有四種。

 

1.  變形失效

 

變形失效是指零件、部件、部分結(jié)構(gòu)或整體結(jié)構(gòu)的形狀或尺寸發(fā)生變化，足以使它們喪失或嚴(yán)重減低原始的功能和性能。變形失效時(shí)，材料沒(méi)有損失，只是形狀或尺寸發(fā)生變化。

 

屈曲也是一種變形，是受壓力結(jié)構(gòu)的一種特殊變形。

 

2. 斷裂失效

 

斷裂是指零件或部件的材料發(fā)生分離裂紋可以是材料的完全分離，也可以是局部的分離。如果零件或部件的材料不是整體完全分離，只是局部的材料穿透分離，這種材料的分離稱為裂紋。斷裂失效時(shí)，材料沒(méi)有損失，但是發(fā)生了分離。

 

3.  磨損失效

 

磨損是指兩個(gè)相互接觸的零件之間由于發(fā)生擦傷或黏附而導(dǎo)致的表面材料損失。如果磨損 是由 流 體 （氣體或液體）造 成 的 ，則稱為侵蝕。磨損失效是指磨損積累足夠大時(shí)，原定零件的功能和性能嚴(yán)重減低甚至喪失。磨損失效時(shí)，材料發(fā)生損失。

 

4.  腐蝕失效

 

腐蝕是由于化學(xué)作用而造成的材料變化。腐蝕失效是指腐蝕足夠深時(shí)原定零件的功能和性能嚴(yán)重減低甚至喪失。腐蝕失效時(shí)，材料本身的性質(zhì)發(fā)生了變化。

 

材料 的 力 學(xué) 性 能 （也稱力學(xué)行為或機(jī)械性質(zhì)）是指材料在載荷的作用下變形和斷裂時(shí)的特性和規(guī)律。材料的力學(xué)性能是金屬結(jié)構(gòu)維持其結(jié)構(gòu)形態(tài)和承受載荷的一個(gè)基本要素。

 

任何材料承受外力載荷的能力都是有限度的。當(dāng)外力載荷超出了材料的某些能力極限時(shí) ，材料就會(huì)發(fā)生相應(yīng)破壞。金屬材料具有在各種環(huán)境下抵抗不同載荷破壞的能力。其中金屬材料承受靜載荷、沖擊載荷、持續(xù)交變載荷和熱載荷的能力，對(duì)汽車結(jié)構(gòu)的耐久性能尤為重要。金屬材料抵抗破壞的能力不僅會(huì)因載荷類型的不同而不同，也會(huì)因環(huán)境條件的不同而不同 ，還會(huì)因材料有無(wú)缺陷而不同。

 

材料力學(xué)是研究無(wú)缺陷材料在外力的作用下，從完 整 無(wú) 缺 到 發(fā) 生 破 壞 （屈 服 和 斷 裂）規(guī)律的學(xué)科。如果材料已經(jīng)存在裂紋，材料抵抗破壞的能力就會(huì)下降。裂紋在外力的作用下可能擴(kuò)展。這個(gè)裂紋擴(kuò)展的過(guò)程稱為裂紋失穩(wěn)。研究有缺陷材料在外力的作用下裂紋擴(kuò)展規(guī)律的學(xué)科是斷裂力學(xué)。在材料力學(xué)中，材料抵抗破壞的能力被稱為材料的強(qiáng)度。在斷裂力學(xué)里 ，材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力被稱為材料的斷裂韌度。材料的強(qiáng)度和韌度都是材料抵抗斷裂破壞的重要力學(xué)性能。

 

二、材料力學(xué)性能

 

無(wú)缺陷材料抵抗靜態(tài)外力的力學(xué)性能一般由材料的靜態(tài)軸向拉和壓縮試驗(yàn)提供。在汽車結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析中，材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能更為重要，是汽車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的主要依據(jù)。圖 2. 1 所示的是一個(gè)靜態(tài)軸向拉伸試驗(yàn)中，試驗(yàn)樣件截面應(yīng)力和應(yīng)變計(jì)算的示意圖。

 

 

圖2. 1 用于應(yīng)力和應(yīng)變計(jì)算的示意圖

 

材料靜態(tài)拉伸試驗(yàn)中的軸向外力F 通常是緩慢施加的，以保證其靜態(tài)的性質(zhì)。試 件的 原 始 截 面 積為 原始 長(zhǎng) 度 為 L 。在試件的拉伸過(guò)程中，試 件在 軸 向變 形 的 拉 伸 長(zhǎng) 度 為 截面 上 的名義應(yīng)力和應(yīng)變定義為。

 

應(yīng)力：

 

應(yīng)變：

 

圖 2. 2 是一 條典型的低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線。曲 線 A 是按照名義應(yīng)力和應(yīng)變得到的曲線 。其 中 ，應(yīng) 力點(diǎn) 1 是材料的抗拉強(qiáng)度(或強(qiáng)度極限），應(yīng) 力點(diǎn) 2 是材 料 的 屈 服 強(qiáng) 度(或屈服極限）。強(qiáng)度極限是材料發(fā)生斷裂破壞時(shí)的材料應(yīng)力，是材料所能承受的最大應(yīng)力。屈服強(qiáng)度指材料在出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。當(dāng)金屬材料的應(yīng)力超過(guò)屈服極限時(shí) ，材料將發(fā)生塑性變形。曲 線 A 是用所施加的力除以試件橫截面的原始面積得到的名義應(yīng)力形成的，稱為 名義 應(yīng) 力 -應(yīng) 變曲 線 ，也 稱 工程 應(yīng) 力 -應(yīng) 變曲線 。材料拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線提供了材料的抵抗變形和破壞能力的力學(xué)性能指標(biāo)。

 

材料在斷裂時(shí)的應(yīng)變 稱為延伸率，即試件在斷裂時(shí)的試件長(zhǎng)度和試件原長(zhǎng)度的差值和原長(zhǎng)度的比值，其單位通常用％表示。試件在斷裂時(shí)的截面積與原截面積的差值和原截面積的比值 稱為截面收縮率，其單位通常用％表示。延伸率和截面收縮率都是度量材料塑性的一個(gè)指標(biāo)。按材料的延伸率 ，工程材料分為塑性材料和脆性材料。通 常 > 5 % 的材料稱為塑性材料或延性材料，如碳鋼、鋁 合金 ；  < 5 % 的材料稱為脆性材料，如灰鑄鐵。即具有較高的抗拉強(qiáng)度，又具有較高的延伸率 (或截面收縮率) 的材料稱為韌性材料。

 

低碳鋼的延伸率在 2 0% ?30 % ，截面 收 縮 大約為60 % , 是典型的塑性材料。對(duì)于塑性材料，在試件的拉伸過(guò)程中，試件的截面實(shí)際上是在變化的。在 圖 2. 2 中顯示了低碳鋼試件的截面變化情況。一般塑性材料在經(jīng)過(guò)了屈服階段以后會(huì)進(jìn)入強(qiáng)化階段。在強(qiáng)化階段中，試驗(yàn)樣件的橫向尺寸有明顯減小。在經(jīng)過(guò)了強(qiáng)度極限以后會(huì)出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，尺寸突然急劇縮小，直至斷裂。使用真實(shí)的試件截面積計(jì)算應(yīng)力而形成的應(yīng)力- 應(yīng)變曲線稱為真實(shí)應(yīng)力 -應(yīng) 變曲 線 。曲 線 B 是低 碳 鋼 的 真 實(shí) 應(yīng) 力 -應(yīng) 變曲 線 。應(yīng) 力點(diǎn) 3 是材料的斷裂強(qiáng)度。對(duì)于尺寸較大、延伸率較大的塑性材料，真實(shí)的斷裂應(yīng)力與名義的斷裂應(yīng)力存在一定的差別。

 

但是在實(shí)際工程應(yīng)用中，一 般使 用 名 義 應(yīng) 力 -應(yīng) 變曲 線 （工 程 應(yīng) 力 -應(yīng) 變曲 線 ）。抗拉強(qiáng)度^是 材 料斷 裂前 所 達(dá) 到 的 最 高 工 程 應(yīng) 力。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度 是塑性材料強(qiáng)度分析的兩個(gè)重要材料指標(biāo)。

 

脆性 材 料 不 發(fā) 生 （或很小）塑性變 形，沒(méi)有屈服極限，在經(jīng)歷很小變形的情況下即發(fā)生斷裂。圖 2. 3是灰鑄鐵的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。試 件拉 斷時(shí) 的最 大 應(yīng) 力（應(yīng) 力點(diǎn) 1) 即為其強(qiáng)度極限。強(qiáng)度極限是衡量灰鑄鐵力學(xué)性能的唯一指標(biāo)。

 

圖 2.2 塑性材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線   圖 2.3脆性材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

 

灰鑄鐵所含的石墨形態(tài)是片狀。經(jīng) 球 化 處 理 后 的 鑄 鐵成 為 球墨 鑄 鐵（石墨形態(tài)是球狀 ），力學(xué)性能有顯著變化，不但有較高的強(qiáng)度，還有較好的塑性性能。汽車底盤零件經(jīng)常使用球墨鑄鐵。

 

對(duì)沒(méi)有明顯屈服階段的塑性材料，工程上一般規(guī)定產(chǎn)生0 .2 %塑性應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力為名義 屈 服 極 限 （或條件屈服極限）。

 

汽車常用材料的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率列于表2.1。

 

表 2. 1 汽車常用材料的彈性模置、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率

 

三、材料變形

 

1、彈性變形

 

在材料靜態(tài)拉伸試驗(yàn)中，隨著軸向外力載荷的增加，應(yīng)力和應(yīng)變按照一個(gè)比例成正比增加 ，在應(yīng)力和應(yīng)變的坐標(biāo)圖中成一條直線，如 圖 2. 4 所示。當(dāng)載荷卸載時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變按照同一比例減小，在應(yīng)力和應(yīng)變的坐標(biāo)圖中沿加載時(shí)的軌跡原路返回。當(dāng)載荷完全去除后，材料中的應(yīng)力和應(yīng)變?yōu)榱恪＿@種應(yīng)力和應(yīng)變按一定比例變化，并且移除載荷后應(yīng)力和應(yīng)變歸零的變形為彈性變形。比 例 常 數(shù)為 材料 的 彈 性模 量 E ，彈性變形是在卸載后可以完全恢復(fù)原形的變形。

 

2. 塑性應(yīng)變

 

在材料靜態(tài)拉伸試驗(yàn)中，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限后，載荷再繼續(xù)增加，應(yīng)力和應(yīng)變不再按照彈性模量E 的比例繼續(xù)增加，在載荷完全去除后，材料中的應(yīng)變不為零，此時(shí)的變形為塑性變形，如 圖 2. 5 所 示 。塑 性 變 形 是 在 卸 載 后不 會(huì) 消 失 （或無(wú)法恢復(fù)） 的變形 ，是永久變形，也稱殘余變形。卸載后所恢復(fù)的一部分變形是彈性變形。例如低碳鋼的屈服極限為207 MPa。當(dāng)外力高于屈服極限以后，材料會(huì)產(chǎn)生永久變形；如果外力低于屈服極限的作用力，卸載后材料還會(huì)恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。

 

材料在受到外力后發(fā)生變形是不可避免的。但 是 ，過(guò)量的變形，尤其是永久性的變形經(jīng)常是有害的。

 

3 . 蠕變應(yīng)變

 

彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變可以理想化地看成是在應(yīng)力作用下瞬時(shí)出現(xiàn)的。在一定的條件下應(yīng)力沒(méi)有變化，材料仍然隨著時(shí)間的推移進(jìn)一步逐漸發(fā)生變形，這種變形被稱為蠕變變形。蠕變是與時(shí)間相關(guān)的材料變形行為，是隨著時(shí)間積累的變形。在 恒 定 應(yīng) 力下 的 蠕 變，應(yīng)變隨著時(shí)間而發(fā)生變化。開始時(shí)材料達(dá)到與應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的彈性變形，之后 ，應(yīng)變繼續(xù)緩慢增加。如 果 去 除 這 個(gè)恒定的應(yīng)力，材料中的彈性應(yīng)變會(huì)迅速消失， 一 部分 蠕 變 應(yīng) 變也 會(huì) 隨 著 時(shí) 間 緩 慢地 消 失 ，但最終會(huì)材料會(huì)殘留一部分應(yīng)變成為永久變形。這個(gè)蠕變過(guò)程如 圖 2. 6 所示。

 

 

四、溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響

 

上述金屬材料的靜態(tài)拉伸試驗(yàn)是在常溫下進(jìn)行的。在不同的溫度下，材料的力學(xué)性能是有變化的。在高溫下，試驗(yàn)的時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)材料的力學(xué)性能也會(huì)產(chǎn)生影響。

 

1、短時(shí)溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響

 

由于在高溫下材料的力學(xué)性能與試驗(yàn)的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。如果材料的靜態(tài)拉伸試驗(yàn)在幾分鐘內(nèi)完成，試驗(yàn)稱為短時(shí)試驗(yàn)。從各種溫度下的短時(shí)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)中得到的低碳鋼的彈性模量E、屈 服 強(qiáng) 度 、抗拉強(qiáng)度、延 伸 率 、截面收縮率隨溫度變化的曲線如圖2. 7 所示。

 

圖 2. 7的 橫軸 為 溫度 。左 縱軸 為 彈 性模 量E、屈 服 強(qiáng) 度、抗 拉 強(qiáng) 度， 單 位 為應(yīng) 力 單位。因?yàn)閺椥阅Ａ縀：、屈服強(qiáng)度 、抗拉強(qiáng)度，在數(shù)值上相差很多，所以分為上、下兩部分。下半部 分 是 針對(duì)屈服 強(qiáng) 度 、抗拉強(qiáng)度 , 數(shù)值范圍 在 1 00 ?700MPa; 上半 部 分 是 針對(duì) 彈 性模 量E，數(shù)值范圍在 1 37 ?216GPa (lG Pa = 103MPa)。右縱軸為延伸率 、截面收縮率，單位為％。

 

從 圖 2. 7 可 以 看 到 ，低碳 鋼 的 彈 性模 量 E、屈服 強(qiáng) 度 、抗 拉 強(qiáng) 度、延 伸 率 、截面收縮 率都是隨溫度而變化的。彈 性模 量 E和 屈 服強(qiáng)度是 隨 溫 度 的 升 高 而 降 低 。抗 拉 強(qiáng) 度 、延伸 率 和截面收縮率隨溫度的變化分為兩個(gè)不同 的 區(qū) 間。在 前 一 個(gè) 溫 度 區(qū) 間（大 約 低于250 )，抗拉 強(qiáng) 度隨溫 度 的 升 高 而 提 高 ；而延伸 率 和截 面 收縮 率隨溫度的升高而降低。在另 一 個(gè) 溫 度 區(qū) 間（大 約 高于 250 )，抗拉強(qiáng)度隨 溫 度 的 升 高 而 降 低 ；而 延 伸 率 截面 收 縮 率隨溫度的升高而提高。所 以 ，在不同溫度下工作的零部件需要使用相應(yīng)的材料性能參數(shù)。

 

2、長(zhǎng)期高溫下材料的蠕變和松弛

 

金屬材料在高溫下的力學(xué)性能在一定的情況下，因?yàn)檩d荷長(zhǎng)時(shí)間作用而發(fā)生變化。材料的試驗(yàn)表明，在一 定 的 溫 度 （對(duì) 碳素 鋼 來(lái)說(shuō) ，30 0 ?350 ) 下 ，載荷長(zhǎng)時(shí)間的作用對(duì)材料的力學(xué)性能影響不明顯。但是當(dāng)溫度高于一定值，并且應(yīng)力超過(guò)一定限度時(shí)，材料在應(yīng)力和溫度都不變的情況下，變形隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而緩慢加大。這種現(xiàn)象稱為蠕變。蠕變變形是塑性變形，在卸載后它不會(huì)消失。金 屬 材 料 在 3 0 % ?60 % 的 材 料 絕對(duì) 熔點(diǎn) 溫 度 （T m) (即0.3T?0.6Tm) 以上溫度會(huì)發(fā)生蠕變，或者說(shuō)在這樣的溫度下蠕變變形已經(jīng)足夠大、對(duì)材料和結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出不容忽略的影響。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)壁的一些區(qū)域和排氣歧管的一些區(qū)域都存在蠕變現(xiàn)象。

 

在高溫下工作并發(fā)生彈性變形的零部件，在變形總量不變的情況下，隨著時(shí)間增長(zhǎng)而發(fā)生蠕變，蠕變逐漸產(chǎn)生的塑性變形將逐步代替原來(lái)的彈性變形，從而使零部件內(nèi)的應(yīng)力逐漸降低。這種現(xiàn)象稱為松弛。松弛可能使原來(lái)緊密配合的零件發(fā)生松動(dòng)。

 

材料的蠕變與溫度有很大的關(guān)系。幾乎所有材料在接近其熔點(diǎn)溫度時(shí)都會(huì)發(fā)生蠕變。塑料和低熔點(diǎn)金屬在室溫時(shí)就可以發(fā)生蠕變。例 如 ，汽車的內(nèi)飾件在常年的炎熱天氣和烈曰照射下會(huì)發(fā)生蠕變，產(chǎn)生永久變形或塌陷。

 

蠕變可能造成的材料失效有兩種。一種是材料的過(guò)量變形，例如汽車內(nèi)飾件的變形。另一種是蠕變斷裂，即由于蠕變過(guò)程而導(dǎo)致的材料分離。有 許 多 關(guān) 于估 算 蠕 變 斷 裂 時(shí) 間（材料蠕變壽命） 的研究。由于蠕變破壞是一個(gè)非常長(zhǎng)期的過(guò)程，而汽車的使用和相應(yīng)產(chǎn)生的熱載荷都不是衡溫，而是呈現(xiàn)為周期變化的形式，例如 ，對(duì)汽車內(nèi)飾件品質(zhì)和狀態(tài)影響重大的溫度變化以天為周期，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有很大影響的熱載荷以每次駕駛汽車為周期。

 

3、常溫下材料單向動(dòng)態(tài)拉伸時(shí)的力學(xué)性能

 

上面所講到的材料力學(xué)性能的試驗(yàn)曲線是在緩慢加載、即所謂的靜態(tài)情況下獲得的。如果加載的速度變快，材料的力學(xué)性能會(huì)發(fā)生變化。在髙溫情況下，加載速度的影響更為顯著。習(xí)慣上把產(chǎn)生大于0.05/s (單 位 為 l / s ) 應(yīng) 變速 度 （) 的載荷稱為動(dòng)載荷。

圖 2. 8 是低碳鋼在常溫情況下靜載荷和動(dòng)載荷的拉伸試驗(yàn)結(jié)果。曲 線 1 是靜載荷下的應(yīng)力 -應(yīng) 變曲 線 ；曲線2 是動(dòng)載荷下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。比較兩者可以發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)載荷下，材料的屈服強(qiáng)度。 和抗拉強(qiáng)度比靜載荷下的數(shù)值有所提高，材料的延伸率有所降低。其他塑性材料也有類似的變化。圖 2. 9 是寶 鋼 DC0 1 低碳鋼在不同應(yīng)變速率情況下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從圖中可以看到，隨著加載速率的提髙，材料的屈服強(qiáng)度和抗 拉 強(qiáng) 度 均 不 斷 提高 。

 

汽車在行駛時(shí)的狀態(tài)是動(dòng)態(tài)的。動(dòng)態(tài)載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響與靜態(tài)載荷有兩個(gè)方面不同。第一 ，對(duì)車輛產(chǎn)生沖擊。例如汽車加速、緊急制動(dòng)，汽車以一定的速度撞擊路沿和通過(guò)凹坑等。沖擊導(dǎo)致結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力比靜態(tài)應(yīng)力增大很多。第 二 ，動(dòng)態(tài)載荷可以激起結(jié)構(gòu)共振，應(yīng)力會(huì)放大。第 5 章將對(duì)動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行比較詳細(xì)的介紹。因?yàn)檫^(guò)應(yīng)力可能造成結(jié)構(gòu)破壞，設(shè)計(jì)時(shí)需要確保結(jié)構(gòu)中的動(dòng)應(yīng)力低于材料的強(qiáng)度極限。在目前的汽車結(jié)構(gòu)耐久應(yīng)力分析中，一般按照靜強(qiáng)度 的 極限判別過(guò)應(yīng)力（超過(guò)材料強(qiáng)度極限的應(yīng)力）。這樣做一方面是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)耐久問(wèn)題中的變形屬于小變形，應(yīng)變速度的影響不大；另一方面，使用靜強(qiáng)度極限既保守，也不需要不斷根據(jù)動(dòng)態(tài)載荷的速率更新材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

 

4、多向復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的材料強(qiáng)度理論

 

一般情況下材料形狀和所受的應(yīng)力狀態(tài)是各種各樣的，材料的靜強(qiáng)度無(wú)法直接使用材料單向拉伸試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)分析。所以材料力學(xué)的研究者根據(jù)材料失效的現(xiàn)象，對(duì)破壞的主要原因提出了各種假設(shè)，利用簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度指標(biāo)，建立了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料失效判別的強(qiáng)度條件，稱為強(qiáng)度理論。

 

在材料力學(xué)里，強(qiáng)度失效分為兩種主要形式，即 屈服和斷裂。相應(yīng)地，強(qiáng)度理論也分成兩類。一類是解釋斷裂失效的，其中有最大拉應(yīng)力強(qiáng)度和最大拉應(yīng)變強(qiáng)度；另一類是解釋屈服失效的，其中有最大切應(yīng)力強(qiáng)度和畸變能密度強(qiáng)度。

 

1. 脆性斷裂的強(qiáng)度理論

 

( 1)  最 大 拉 應(yīng) 力強(qiáng) 度 （第一強(qiáng)度理論）

 

這一理論認(rèn)為最大拉應(yīng)力是引起材料斷裂破壞的主要因素。斷裂的準(zhǔn)則是

 

 

強(qiáng)度條件為

 

( 2)  最 大 拉 應(yīng) 變強(qiáng) 度 （第二強(qiáng)度理論）

 

這 一理 論認(rèn) 為 最大 拉應(yīng) 變（伸長(zhǎng)線應(yīng)變）是引起材料斷裂破壞的主要因素。斷裂的準(zhǔn)則是

 

強(qiáng)度條件為

 

2. 塑性屈服的強(qiáng)度理論

 

( 1) 最大 切 應(yīng) 力強(qiáng) 度 （第三強(qiáng)度理論）

 

這一理論認(rèn)為最大切應(yīng)力是引起材料屈服破壞的主要因素。屈服的準(zhǔn)則是

 

強(qiáng)度條件為

材料力學(xué)還包括了莫爾強(qiáng)度理論。莫爾強(qiáng)度理論在抗拉和抗壓強(qiáng)度相等的條件時(shí)，也可以導(dǎo)出最大切應(yīng)力理論的強(qiáng)度條件。與最大切應(yīng)力理論相比，莫爾強(qiáng)度理論包括了材料抗拉和抗壓強(qiáng)度不相等的情況，比最大切應(yīng)力理論更廣泛。而 且 ，不同于其他強(qiáng)度理論是基于對(duì)失效原因的假說(shuō)，莫爾強(qiáng)度理論則是基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果而建立的。

 

( 2) 畸變 能 密 度 強(qiáng) 度 （第四強(qiáng)度理論）

 

這 一理 論認(rèn) 為 是畸 變 能 密 度 （最大形狀改變 比 能 ）是 引 起 材 料 屈服破壞的主要因素。屈服的準(zhǔn)則是

 

 

強(qiáng)度條件為

該理論也稱為von Mises屈服理論或畸變能理論。相應(yīng)的屈服準(zhǔn)則被稱為von Mises屈服準(zhǔn) 則 或 Mises屈服準(zhǔn)則。其中的等效應(yīng)力被稱為von Mises應(yīng) 力 ，也有 人 稱 其 為 Mises應(yīng) 力 ，記為

 

在汽車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析中，von Mises應(yīng)力被經(jīng)常使用。

 

在實(shí)際汽車結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析中，

 

使用 von Mises應(yīng) 力 或 第 一 主 應(yīng) 力的情況較多。是許用應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)值。在靜態(tài)載荷下，材料造成破壞是因?yàn)橥饧拥妮d荷已經(jīng)超出了材料所能承受的靜載荷極限 ，結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力超出了材料的靜強(qiáng)度極限。這種超出了材料應(yīng)力極限的破壞被稱為過(guò)應(yīng)力破壞。