Феноменологические критерии прочности

Феноменологические критерии прочности не выводятся аналитически, они постулируются или предлагаются на основе обобщения экспериментальных данных. Следствием имеющейся относительной свободы в формулировке критериев прочности явилось значительное число попыток создания таких критериев [7, 15, 16, 31). [c.38]

Приведенные выше критерии прочности армированного слоя основаны на структурной модели слоя, которая позволяет аналитически учесть микроструктурные параметры композита. В расчетной практике широкое распространение получили также феноменологические критерии прочности, основанные на условно однородной модели слоя. Пределы прочности такого слоя при простых видах нагружения (растяжении, сжатии, сдвиге) определяются экспериментально, а критерий прочности позволяет предсказать предельное сочетание этих напряжений при сложном нагружении слоя. Феноменологические критерии прочности иногда применяют для оценки прочности слоистого материа.ла, ес.ли известны пределы прочности материала при простых видах нагружения. Преимуществом феноменологического критерия по сравнению со структурным является его высокая точность, обусловленная тем, что феноменологический критерий по существу является аппроксимацией экспериментальных данных. Для структурных критериев требуется меньшее число экспериментальных результатов, и в отличие от феноменологических критериев они позволяют выявить механизм и форму разрушения материала. Феноменологические критерии прочности композитов подробно описаны в литературе [7, 8, 18, 25]. [c.304]

Феноменологические критерии прочности. Феноменологический подход к понятию о прочности анизотропного материала требует, чтобы одним уравнением (критерием прочности) определялись условия перехода в предельное состояние различной физической природы. Необходимость такого подхода вытекает из экспериментально установленного полиморфизма предельных состояний анизотропных тел. [c.142]

Наиболее общую формулировку феноменологического критерия прочности анизотропных тел предложили А. К. Малмейстер [12] и Э. М. Ву [6] в виде полиномов от компонент тензора напряжений. Частными формами такого тензорного полинома представляются две группы критериев прочности 1) содержащие первые и вторые степени компонент тензора напряжений [4 22, 8] и 2) содержащие только вторые и четвертые степени этих компонент [1, 3]. Различие в поведении анизотропных тел при растяжении и при сжатии учитывается в этих двух группах критериев по-разному. В первую группу компоненты напряжений подставляются с их знаками ( плюс —для растяжения и минус —для сжатия). Во второй группе критериев все напряжения подставляются по абсолютной величине, различное сопротивление растяжению и сжатию учитывается способом кусочной аппроксимации. [c.143]

Можно выделить два таких основных подхода — феноменологический и структурный. В рамках первого из них композитный материал рассматривается как квазиоднородная упругая среда, для которой в терминах средних (по объему представительного элемента композита) напряжений постулируется в той или иной форме критерий прочности. Параметры, входящие в его математическую формулировку, определяются из экспериментальных данных так, чтобы обеспечить наиболее полное соответствие критерия прочности действительному поведению рассматриваемого композитного материала. Среди таких феноменологических критериев прочности важное место занимает тензорно-полиномиальный критерий [c.35]

Наиболее полный обзор и детальное обсуждение указанных критериев прочности приведены в 12, 48, 51, 101, 203, 225, 256]. Большинство феноменологических критериев прочности имеет форму квадратичных условий, обобщением которых является критерий в виде тензорного полинома [c.24]

Феноменологические критерии прочности типа (8.122) призваны обеспечить интерполяцию данных некоторых базовых экспериментов по определению прочностных характеристик материала на случай напряженного состояния произвольного вида. Следствием имеющейся относительной свободы в формулировке критериев прочности является неоднозначность в выборе конкретной формы критерия [c.261]

При феноменологическом описании прочности материала математическая модель (или критерии разрушения) обязательно удовлетворяет некоторым основным требованиям. [c.406]

Форму поверхности прочности, соответствующую любому феноменологическому критерию, невозможно полностью определить до тех пор, пока экспериментально не исследованы всевозможные напряженные состояния среды. Если экспериментальные точки лежат далеко друг от друга, то поверхность прочности может показаться гладкой, в то время как более тщательные эксперименты могут выявить более тонкую и сложную структуру. Хорошо известным примером являются эксперимен-гальные работы последних лет, когда были открыты угловые точки на изотропной поверхности текучести. Однако в действительности степень точности построения поверхности прочности представляет собой компромисс между требованиями инженерной практики и имеющимися в распоряжении экспериментатора средствами и временем. Следовательно, математическая модель должна служить руководством при выяв,лении нерегулярностей формы поверхности прочности и в то же время должна быть такой, чтобы ее можно было легко упростить и приспособить к исследованию данного конкретного материала в данных условиях. [c.408]

Основной принцип установления феноменологического критерия разрушения анизотропных композитов состоит в выборе математической модели, достаточно общей для того, чтобы она позволяла описать поверхность прочности любой формы. Руководствуясь такой математической моделью, можно указать количество экспериментов, требуемых для полного (в рамках модели) определения прочностных свойств материала. Очевидно, минимально необходимое число независимых основных экспериментов равно числу сохраняемых компонент тензоров поверхности прочности эти компоненты могут считаться характерными параметрами материала. Обращение в нуль компонент тензоров высших рангов, следующее из анализа результатов соответствующих экспериментов, позволяет установить наинизшую степень тензорного полинома, характеризующего прочностные свойства исследуемого композита. [c.475]

К построению феноменологического критерия разрушения, заданная точность которого определяет минимальное количество основных экспериментов для данной ориентации материала. Необходимость обоснованного анализа экспериментальных данных возникает, когда (1) проводятся дополнительные эксперименты для проверки надежности построения поверхности прочности (2) повторно проводятся основные эксперименты для различных ориентаций материала с целью или подтверждения полученных результатов, или проверки свойств преобразования тензоров поверхности прочности (3) желательно привести все экспериментальные данные к небольшому набору констант для справочных целей и технических приложений. [c.476]

Феноменологические характеристики прочности технических материалов разделяются по уровням рассмотрения на два основных класса — прочность материалов без макроскопических трещин и прочность материала с макроскопическими трещинами. В первом случае обычно испытываются геометрически гладкие образцы. Эти исследования приводят к построению различных поверхностей разрушения и критериев текучести. Во втором случае проверяются условия устойчивости роста трещин в образце. Подобные исследования ведут к развитию механики разрушения. [c.207]

Следует отметить, что феноменологический критерий разрушения формулируется для того, чтобы описать процесс разрушения в терминах независимых переменных (напряжений в уравнении (3)). Очевидно, он не может ни объяснить, ни предсказать физическую картину процесса разрушения таким образом, феноменологический критерий разрушения следует оценивать, основываясь на его способности описывать разрушение и его применимости к расчету конструкций. Как было показано в работе [76], тензорный полином неравенства (3) удовлетворяет всем этим основным требованиям. Его применение к расчету конструкций изображено на рис. 2. Для любого анизотропного композита вектор напряжений 0 в произвольной точке тела может быть определен через параметры внешнего нагружения при помощи континуального анализа (рис. 2, а). При заданном направлении вектора напряжений <5 вектор прочности можно вычислить, используя равенство в уравнении (3) (рис. 2, б). Если в какой-то точке тела вектор напряжений <5 превосходит вектор прочности т. е. нарушено неравенство в критерии разрушения (1), то может произойти разрушение. [c.213]

В предыдущих разделах мы обсуждали предсказание прочности композита (при отсутствии макротрещин) на основе феноменологического критерия разрушения. Также была рассмотрена характеристика разрушения композита на основе общего баланса энергии для одномерных задач о трещине. Далее было установлено, что распространение трещины можно характеризовать разрушением внутри критического объема и что в общем случае многомерной задачи о трещине решение можно получить путем объединения критерия разрушения с анализом напряжений в кончике трещины. Хотя проведенный анализ позволяет нам предсказать и сопоставить условия разрушения характерного объема и общего разрушения, он не способствует дальнейшему пониманию микромеханики разрушения. Расширение области исследований обеспечило бы разумную основу для определения области использования материала и улучшения его свойств. Следовательно, необходимо более детальное исследование роста трепщны в окрестности кончика трещины. [c.243]

Критерии прочности основываются на макроскопических механических свойствах материала и, следовательно, по своей природе являются эмпирическими и феноменологическими. [c.175]

Феноменологическая оценка разрушения твердого тела на основании критерия прочности в общем случае ничего не говорит о характере тех процессов, которые привели к потере несущей способности, хотя некоторые критерии могут иметь определенную физическую интерпретацию. Использование совокупности критериев может позволить в рамках феноменологического подхода различать механизмы разрушения. Концепция описания критического состояния материала с помощью более чем одного уравнения ярко выражена в теории прочности Я.Б. Фридмана [67]. В работе А.А. Ильюшина [104] введено понятие повреждения частицы материала и на основании мер повреждений записана совокупность критериев прочности, каждый из которых соответствует разрушению определенного типа. [c.111]

Другую группу критериев макроразрушения, широко используемых в расчетах на прочность, составляют так называемые феноменологические критерии, представляющие собой, как правило, частные реализации общего критерия (1.172). В рамках теории структурного моделирования все физико-механические характеристики композита определяются как функции его структурных параметров 1= (р,1,...,р у), ф= (ф1,...,ф у), ( фь..., ф у) и 0= (01,... [c.78]

Реальные конструктивные элементы из армированных материалов часто подвергаются длительному воздействию нагрузок, что приводит к необходимости построения критериев прочности с учетом фактора времени. В [108, 199] для плоского напряженного состояния использовался феноменологический подход к построению поверхности длительной прочности анизотропного материала считалось, что тензоры, характеризующие поверхность прочности из [101], зависят от времени и определяются для каждого типа анизотропии из серии экспериментов. Этот подход мало приемлем с практической точки зрения, поскольку при любом изменении структуры или механических характеристик суб-структурных элементов требует повторения большой и трудоемкой программы испытаний. [c.29]

В настоящем параграфе рассматривается возможность обобщения феноменологических критериев кратковременной прочности при сложном напряженном состоянии и сложном нагружении на случай длительной прочности. [c.157]

Рассмотрим далее некоторые общие требования, которым должны отвечать феноменологические критерии кратковременной прочности изотропных материалов. [c.234]

Большой цикл работ сборника посвящен различным аспектам механики разрушения. Наряду с феноменологическими критериями разрушения и прочности неоднородных материалов рассматриваются вопросы разрушения в рамках решеточных моделей. Приведены результаты моделирования процессов усталостного, динамического разрушения, а также процесса распространения ударных волн при дискретном моделировании материала. Уделено внимание закономерностям разрушения тел с трещинами и дефектами в условиях сжатия и сложного нагружения, изучены некоторые вопросы разрушения при наличии фазовых переходов. [c.3]

В книге рассмотрены некоторые новые подходы, основанные, с одной стороны, на известных экспериментальных данных и современных представлениях о кинетике деформирования и разрушения материалов, и с другой — на феноменологическом анализе общих свойств и геометрии предельных поверхностей, интерпретирующих критерии прочности в пространстве напряжений. Такой подход позволил установить параметры напряженного состояния, от уровня которых зависит интенсивность протекания процессов в материале при его деформировании, а также форму предельной поверхности, которая отражает общие механические свойства материалов, и путем аналитического описания этой поверхности определить структуру критерия. [c.7]

Для роста дислокаций характерно почти одновременное и стабильное развитие сразу многих дислокаций, образующих полосы скольжения и целые пластические области. Поэтому теория дислокаций является физической основой феноменологической теории пластичности. Заметим, что модель идеального упруго-пластического тела и теории предельного состояния (типа теории Мора )) дают ответ на вопрос о предельных нагрузках и несущей способности конструкций в рамках самой реологической модели без привлечения каких-либо дополнительных критериев прочности. [c.374]

Это представление чрезвычайно узкое, так как на самом деле разрушение всегда развивается во времени с той или иной скоростью. Отчасти этот факт учитывается в критериях длительной прочности (см. 8.10) и при исследовании циклической прочности (см. 8.9), где описание явления идет на феноменологическом уровне без особых притязаний на объяснение происходящих при этом глубинных процессов разрушения в материалах. В то же время не представляется возможным грамотно конструировать и рассчитывать на прочность конструкции без ясного представления механизмов разрушения. Усилия многих ученых и научных коллективов направлены на решение этой чрезвычайно важной научной и технической проблемы. Достигнутые результаты уже находят применение в практике расчетов на прочность. Ниже в общих чертах описаны основные результаты, касающиеся в первую очередь объяснения процесса разрушения металлов. [c.182]

ХОДУ, материал считается состоящим из отдельных связанных между собой слоев. Каждый слой предполагается однородным (что следует из феноменологического анализа) и ортотропным. Распределение деформаций по толщине пакета принимается линейным. Критерий разрушения записывается последовательно для каждого слоя в отдельности и предельная нагрузка для материала определяется в предположении допустимости нарушения его сплошности в процессе деформирования. Согласно второму подходу, слоистый материал рассматривается как однородный анизотропный критерий разрушения записывается сразу для всего пакета слоев. Первая процедура предполагает известными прочностные характеристики отдельного слоя (см. раздел II). Далее на основании этих данных поверхности разрушения слоистых материалов с произвольной структурой формируют теоретически. Такой подход получил наибольшее распространение при оценке прочности современных композиционных материалов, так как в процессе проектирования конструкции приходится рассматривать множество возможных структур материала. Вторая процедура предполагает известными прочностные характеристики рассматриваемого слоистого материала. Она эффективна для материалов, армированных тканями и образованных из одинаковых слоев. Далее рассмотрены критерии, основанные на послойной оценке прочности материала. [c.80]

Однонаправленные материалы деформируются практически линейно упруго вплоть до разрушения. Условия разрушения могут быть определены с помощью феноменологического критерия прочности, если речь идет о поведении изолированного однонаправленного материала. В том случае, если однонаправленный материал является одним из слоев многослойного материала, составленного из разноориентированных однонаправленных слоев,-его поведение может быть значительно более сложным. [c.43]

Феноменологический критерий прочности не должен содержать никаких ограничений относительно механизма разрушения или характера предельного состояния. Для анизотропных тел феноменологический подход имеет особенно большие преимущества, так как появляется возможность использования общего условия прочности для материалов, разных по составу и технологии, но одинаковых по симметрии свойств, и для материалов со значительной анизотропией, для которых одно и то же напряженное состояние может привести к разным по физической природе предельным состояниям, если изменяются знаки напряжений или их ориентация. Аппроксимирующий полином при этом подбирается в такой форме, чтобы его можно было представить в виде совместного инварианта тензора напряжений и некоторого тензора, содержащего характеристики прочности материала. Из уравнения предельных напряженных состояний выводятся тензориальные формулы пересчета характеристик прочности материала при повороте осей координат, отвечающие экспериментальным данным и позволяющие описать всю кривую на рис. 3.1, 3.2 или 3.4. [c.142]

Феноменологический критерий прочности в полиномиально-тензорной форме может быть написан не только в напряжениях (см. п. 3.2 и 3.3), но и в деформациях. Проделав соответствующие выкладки, можно получить тензориальную формулу для растяжимости в следующем виде [c.234]

Существует два основных подхода к исследованию прочности композитных материалов. Первый, так называемый феноменологический, основан на рассмотрении композитного материала с точки зрения прочности как макрооднородного и анизотропного. Феноменологические критерии прочности для анизотропных материалов использовались многими авторами [12, 13, 48, 50, 51, 61, 69, 70, 77, 98, 100, 101, 103, 152, 164, 165, 201, 203, 218, 224, 225, [c.24]

Кроме рассмотренных теорий прочности в течение первой половины XX в. и до настоящего времени был предложен целый ряд новых теорий, исходящих из феноменологических предпосылок, которые, как правило, базируются на одной из классических теорий, т. е. используются те же критерии прочности, но с введением дополнительных условий. К этим теориям относятся критерий Шлейхера, критерий Мизеса — Генки, критерий П. П. Баландина, критерий Г. С. Писаренко и А. Л. Лебедева, критерий И. Н. Миро-любова, критерий Ю. И. Ягна, критерий Г. А. Гинеева и В. И. Кис-сюка, а также объединенная теория прочности Н. Н. Давиденко-ва-—Я. Б, Фридмана и другие теории советских и зарубежных ученых. [c.102]

В рамках феноменологического подхода общим для различных моделей развития трещин в твердых телах является то, что в начальный момент считается заданным некоторое конечное возмущение в виде начальных трещин, что хорошо согласуется с экспериментальными данными о наличии несовершенств структуры материала, какой бы предварительной технологической обработке он ни подвергался. Отсюда при выводе различных критериев прочности с учетом процесса разрушения получают соотношения, совпадающие по форме с обычными критериями нроч-jto TH только входящие теперь в эти соотношения постоянные зависят от координат, длин п геометрии начальных трещин. [c.6]

ПОЛНОГО разрыва). обусловленного механическим воздействием (напряжднйем, деформацией или работой). Таким образом, -т сТпГэкспериментально измеряемые параметры материала, определяющие математическую модель, отражают интересующие нас нарушения сплошности среды, то критерий разрушения можно применять для описания явлений течения или разрыва безотносительно к виду нарушений сплошности. Обсуждаемые здесь критерии разрушения можно использовать при разработке новых композиционных материалов и в различных технических приложениях. При разработке нового композита можно варьировать взаимное расположение матрицы и армирующих элементов для улучшения тех или иных свойств материала. Если эти свойства связаны с прочностью материала, то феноменологический критерий разрушения осуществляет обратную связь с изменениями геометрии композита, определяет технологию его изготовления и обеспечивает прочность, необходимую для рациональных проектных решений. [c.404]

Описание одним уравнением всей кривой анизотропии предела прочности требует другого — феноменологического подхода, при котором совместно рассматриваются предельные состояния различной физической природы. При феноменологическом подходе напряжения Оу и действующие по опасной площадке образца параллельно волокнам (см. рис. 3.3 й 3.4), рассматриваются совместно, а не каждое в отдельности, как это было в формулах (3.2). Для анизотропных тел одноосное растяжение или сжатие под углом к оси симметрии рассматривается при этом как частный случай сложного напряженного состояния. Прочность при сложных (двух- и трехосных) напряженных состояниях определяется так называемыми теориями предельных состояций или критериями прочности. [c.138]

Тензорно-полиномиальный критерий прочности четвертой степени. В [3] был получен инвариантный критерий, основанный на феноменологическом подходе к явлению разрушения, учитывающий влияние гидростатического давления и позволяющий при одноосных напряженных состояниях удовлетворительно описать закономер- [c.143]

Введение. В условиях ползучести обычные критерии прочности становятся непригодными. Структурные процессы, приводящие к разрушению, весьма сложны и в общем слабо изучены. Однако, несмотря на отмеченную трудность проблемы, для различных материалов наблюдаются довольно устойчивые механические закономерности. Это позволяет развить феноменологическую теорию разрушения, могущую служить шрошей основой для определения (ди,д времени рйзрушения в условиях ползучести. [c.3]

Именно этот круг проблем и рассмотрен в настоящей монографии. В первой ее главе приведены основные факты из теории поверхностей и тензорного анализа, предоставляющего естественный аппарат для компактной формулировки основных уравнений теории оболочек. Во второй главе кратко обсуждены феноменологический и структурный подходы к описанию эффективных свойств упругих армированных сплошных сред. Авторами использован структурный подход, в результате которого получены выражения для эффективных модулей упругости тонкого слоя, армированного однонаправленным семейством волокон, через механические характеристики составляющих его компонентов и структурные параметры армирования. Здесь же сформулирован и структурный критерий прочности однонаправленно армированного тонкого слоя. [c.12]

Это общее описание поверхностей прочности предложено в [100] и широко развито в работах [48, 61, 98, 103, 213, 218, 238, 246, 251, 260] в квадратичной форме и форме высших порядков [14, 212]. Компоненты тензоров / , / т, /артвед,. .. из (4.1), ха-рактериззтющие прочность, определяются из серии экспериментов для каждого конкретного анизотропного материала. При любых последующих изменениях структуры армирования или механических характеристик элементов композиции соответствующую серию экспериментов необходимо проводить заново. Таким образом, при феноменологической формулировке критерия прочности каждый тип анизотропии требует выполнения определенной экспериментальной программы. Поэтому использование подобных критериев прочности не позволяет прогнозировать композитный материал такой структуры, при которой обеспечивалась бы либо максимальная нагрузка начального разрушения, либо максимальная несущая способность конструкции. Кроме того, при феноменологическом подходе невозможно определить и характер разрушения конструкции из композитного материала. [c.24]

В обзорной статье [55, стр. 373, 374], посвященной механике разрушения, указывается, что существующие инженерные критерии разрушения (феноменологические модели) в настоящее время сохраняют основное практическое значение при расчетах на прочность , и далее При сортавлении критерия прочности на основе теории трещин оказывается, что в большинстве случаев получаются обычные теории прочности, однако фигурирующие в них константы следует считать уже зависящими от размеров начальных трещин, а также от их формы и местоположения. Впрочем, для широкого круга явлений разрушения микронеод-нородных тел прочность не зависит от величины начального воз -мущения, (начальной трещины) и определяется характерными параметрами структуры тела, например величиной зерна . [c.28]

В настоящее время имеется большое количество работ, посвященных анализу прочности и долговечности материалов и элементов конструкций. В ряде публикаций проблема прочности и разрушения рассматривается с феноменологических позиций— на базе концепций механики деформируемого твердого тела. К другому направлению относятся работы по развитию физики прочности и пластичности материалов, в которых анализ рузрушения проводится на атомарном и дислокационном уровнях, т. е. на микроуровне. В этих исследованиях весьма затруднительно включение в параметры, управляющие разрушением, таких основных понятий механики, как, например, тензоры деформаций и напряжений или жесткость напряженного состояния. Поэтому в последнее время интенсивное развитие получило направление, которое пытается соединить макро- и микроподходы при описании процессов повреждения и разрушения материала и формулировке критериев разрушения. [c.3]

А. Сен-Вепана, О. Мора, характеризуется широким исследованием деформативных свойств тел и построением (носящим феноменологический характер) различных критериев разрушения, называемых теориями прочности. Сущность этих теорий состоит в [c.5]

Инженерные критерии разрушения строят на основе данных о поведении и прочности микрообъемов материала, т. е. они имеют феноменологический характер. Единого математического пред ставления поверхности разрушения для заданного композицион ного материала не существует, и выбор критерия разрушения" определяется наилучшим соответствием между определенными экспериментально пределами прочности материала, а также правдоподобным представлением о его прочности при еще не исследованных экспериментально напряженных состояниях. Наиболее существенной предпосылкой для построения критерия разрушения является то, что он должен описывать поверхность в пространстве напряжений. [c.64]

Критерии разрушения разрабатывают для того, чтобы иметь возможность описать прочность материала при сложном напряженном состоянии. К двум наиболее важным характеристикам критерия относятся его свойство достаточно точно описывать экспериментальные результаты и простота использования. Все современные инженерные критерии являются феноменологическими. Микромеханические явления, возникающие в процессе разрушения, рассматриваются постольку, поскольку они проявляются в макромеханическом поведении материала. Единого математического подхода к описанию поверхности разрушения не существует, поэтому в литературе можно найти множество применяемых критериев. Здесь обсуждаются только некоторые из них, наиболее распространенные. Выбор группы критериев или жакого-то конкретного критерия определяется достаточно общими и в известной степени субъективными соображениями. Он зависит от имеющегося объема экспериментальных данных, описывающих характеристики, материала выбранной концепции расчета (по предельным или максимальным расчетным нагрузкам), допустимого уровня нарушения сплошности материала при нагружении и от склонности к тому или иному подходу при анализе прочности конструкции. [c.79]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...