强度设计与剩余强度系数(word文档良心出品).doc

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：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。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：（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：（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：（3.7-8）对于气动弹性问题提出的刚度判别原则为：式中——导弹最大飞行速度；——结构的临界颤振速度；——安全系数。（4）高温影响结构承受热载荷时，应计算结构中的热应力。光圆筒壳在均匀温度场内，变形不受约束时，计算临界应力只需考虑材料机械性能的变化。端部或中间有框的光圆筒壳，在均匀温度场内，计算临界应力只需考虑材料机械性能的变化。有端框的长桁加劲壳，在均匀温度场内，计算承载能力只需考虑材料机械性能的变化。3.7.2强度极限的确定确定强度极限工作是很重要的。它关系到结构工作的可靠性与结构重量。主要的强度极限参数如下：（1）材料强度极限确定材料强度极限主要考虑以下原则1）取有关图样中的数值，或根据给出的硬度确定。若未给出，应从材料手册最新版本中选取；2）强度极限注有公差时，取其下限值3）当无资料可查时，应根据试验结果确定。（2）材料剪切强度极限剪切强度极限按下式计算：（3.7-9）式中——剪切系数。剪切系数见表3.7.2。
表3.7.2剪切系数
材料名称生铁或铸铝0.8～1.0变形铝合金0.55～0.6退火钢0.7的钢0.7的钢0.63～0.65的钢0.6铸造镁合金0.55～1.0未经热处理的的铸镁0.8～1.0未经热处理的的铸镁0.55～0.6（3）挤压强度极限挤压强度极限按下式计算：（3.7-10）——挤压系数。对于螺栓连接，见表3.7.3。
表3.7.3挤压系数
连接情况不可拆卸、不可活动的连接1.3可拆卸、不可活动的连接1.0可微小活动但受力时不活动的连接0.65受力时还可活动的连接（一般情况）0.2受力时还可活动的连接（保证润滑情况）0.3埋头螺栓在保证单面间隙不超过技术条件规定的情况下1.0对于铆钉连接，挤压应力见表3.7.4。
表3.7.4压应力
材料厚度（mm）（Mpa）铝合金LY12、LY140.3～1.0588铝合金LY141.2～5.0785其他材料铆接时1.5（4）铆钉的抗拉强度与抗剪强度1）确定铆钉抗拉强度的原则具有半圆形铆钉头和桶形铆钉镦头的铆钉抗拉强度为：（3.7-11）具有两个半圆头的铆钉