Von Mises stress anses vara en fristad för konstruktörer.Med hjälp av denna information kan en ingenjör säga att hans design kommer att misslyckas, om det maximala värdet av Von Mises stress som induceras i materialet är mer än styrkan i materialet. Det fungerar bra för de flesta fall, särskilt när materialet är duktilt i naturen. I följande avsnitt kommer vi att ha en logisk förståelse av Von Mises stress och varför den används.
när misslyckas ett material?,
ett av de enklaste sätten att kontrollera när ett material misslyckas är ett enkelt spänningstest. Här dras materialet från båda ändarna. När materialet når utbytespunkten (för segjärn) kan materialet anses vara misslyckat. Det enkla spänningsprovet är ett enkelriktat test, vilket visas i den första delen av Fig:1.
nu överväga situationen i andra delen av Fig.1, ett verkligt tekniskt problem med ett komplext laddningstillstånd., Kan vi också säga här att materialet misslyckas när det maximala normala stressvärdet som induceras i materialet är mer än avkastningpunktsvärdet ?. Om du använder ett sådant antagande skulle du använda en misslyckandeteori som kallas ”normal stressteori”. Många års teknisk erfarenhet har visat att normal stressteori inte fungerar i de flesta fall. Den mest föredragna felteorin som används inom industrin är ”Von Mises stress” baserad. Vi kommer att undersöka vad Von Mises stress är i det kommande avsnittet.,
Distorsionsenergiteori
begreppet Von mises stress härrör från distorsionsenergifelteorin. Distorsion energifel teori är jämförelse mellan 2 typer av energier, 1) distorsion energi i det faktiska fallet 2) distorsion energi i en enkel spänning fall vid tidpunkten för fel. Enligt denna teori uppstår misslyckande när förvrängningsenergin i själva verket är mer än förvrängningsenergin i ett enkelt spänningsfall vid feltiden.
distorsion energi
det är den energi som krävs för form deformation av ett material., Under ren distorsion förändras materialets form, men volymen ändras inte. Detta illustreras i Fig.2.
distorsion energi som krävs per volymenhet, ud för en allmän 3 dimensionell fall ges i termer av huvudspänningsvärden som:
distorsion energi för enkel spänning fall vid tidpunkten för fel ges som:
uttryck för Von Mises stress
ovanstående 2 kvantiteter kan anslutas med hjälp av distorsion energifel teori, så villkoret för fel kommer att vara följande.,
den vänstra sidan av ovanstående ekvation betecknas som Von Mises stress.
som ett felkriterium kan ingenjören kontrollera om Von Mises-stress som induceras i materialet överstiger avkastningsstyrkan (för duktilt material) hos material.So felförhållandet kan förenklas som
industriell tillämpning av Von Mises Stress
distorsion energy theory är den mest föredragna felteorin som används inom industrin. Det framgår av ovanstående diskussioner att när en ingenjör tillgriper distorsionsenergiteori kan han använda Von Mises stress som ett felkriterium.,Låt oss se ett exempel:
Antag att en ingenjör måste utforma en fribärande stråle med mjukt stål som material, med en lastkapacitet på 10000 N. materialegenskaperna hos mjukt stål visas också i figuren. Sträckspänningsvärdet för mjukt stål är 2.5×108 Pa. Han vill kontrollera om hans design tål designbelastningen.
följande figur visar Von Mises spänningsfördelning erhållen genom FEA-analys av strålen.
Man kan notera att Von Mises-spänning är högst mot den fasta änden av balken, och värdet är 1.32×108 Pa. Detta är mindre än avkastningspunkten värdet av mjukt stål. Så designen är safe.In kort en ingenjör plikt är att hålla det maximala värdet av Von Mises stress inducerad i materialet mindre än dess styrka.