前面已经介绍了杆件在拉伸或压缩时最大工作应力的计算,以及材料在载荷作用下所表现的力学性能。但是,对于杆件是否会因强度不够而发生破坏,只有把杆件的最大工作应力与材料的强度指标联系起来,才有可能作出判断。

前述试验表明,当正应力达到强度极限σb时,会引起断裂;当正应力达到屈服极限σs时,将产生屈服或出现显著的塑性变形。构件工作时是不容许发生断裂的,一般也是不容许发生屈服或出现显著的塑性变形的。所以,从强度方面考虑,断裂是构件破坏或失效的一种形式,同样,屈服也是构件失效的一种形式,是一种广义的破坏。

根据上述情况,通常将强度极限与屈服极限统称为极限应力,并用σu表示。对于脆性材料,强度极限是唯一强度指标,因此以强度极限作为极限应力;对于塑性材料,由于其屈服应力σs小于强度极限σb,故通常以屈服应力作为极限应力。对于无明显屈服阶段的塑性材料,则用σ0.2作为σu。

在理想情况下,为了充分利用材料的强度,应使材料的工作应力接近于材料的极限应力,但实际上是不可能的,原因如下:

(1)作用在构件上的外力常常估计不准确。

(2)计算简图往往不能精确地描述实际构件的工作情况。

(3)实际材料的组成与品质等难免存在差异,不能保证构件所用材料完全符合计算时所作的理想均匀假设。(www.daowen.com)

(4)结构在使用过程中偶尔会遇到超载的情况,即受到的载荷超过设计时所规定的载荷。

(5)极限应力值是根据材料试验结果按统计方法得到的,材料产品合格与否也只能凭抽样检查来确定,所以实际使用材料的极限应力有可能低于给定值。

所有这些不确定的因素,都有可能使构件的实际工作条件比设想的要更危险。除以上原因外,为了确保安全,构件还应具有适当的强度储备,特别是对于破坏后会带来严重后果的构件,更应给予较大的强度储备。

由此可见,杆件的最大工作应力σmax应小于材料的极限应力σu,而且还要有一定的安全裕度。因此,在选定材料的极限应力后,除以一个大于1的系数n,所得结果称为许用应力,即

式中,n为安全因数。确定材料的许用应力就是确定材料的安全因数。确定安全因数是一项严肃的工作,安全因数定低了,构件不安全,定高了则浪费材料。各种材料在不同工作条件下的安全因数或许用应力可从有关规范或设计手册中查到。在一般静强度计算中,对于塑性材料,按屈服应力所规定的安全因数ns通常取为1.5～2.2;对于脆性材料,按强度极限所规定的安全因数nb通常取为3.0～5.0,甚至更大。