von Mises 应力

许多实验室疲劳试验是在单轴加载下进行的。然而,超声疲劳可能涉及沿多个方向作用的应力(多轴应力);一个简单的例子是径向谐振的圆盘,它同时存在径向应力环向应力。von Mises 应力 \( \sigma_v \) 是一种(基于理论的)人为定义的应力,试图将这种多轴疲劳应力与更简单的实验室单轴疲劳应力 σu 关联起来。因此,如果实验室单轴试样在疲劳应力 \( \sigma_{uf} \) 下(平均而言)发生失效,那么同种材料、承受多轴应力的谐振器应当在 \( \sigma_v \) 等于 \( \sigma_{uf} \) 时(平均而言)失效。von Mises 应力适用于各向同性延性材料。

对于沿三个互相垂直方向(x、y 和 z)作用的应力,von Mises 应力由下式给出 —

\begin{align} \label{eq:13801a} \sigma_v = \left[ \frac{(\sigma_x - \sigma_y)^2 + (\sigma_y - \sigma_z)^2 + (\sigma_z - \sigma_x)^2 + 6 \, (\tau_{xy}^2 + \tau_{yz}^2 + \tau_{zx}^2)} {2} \right]^{1/2} \end{align}

其中 —

\( \sigma \) = 正应力
\( \tau \) = 剪应力

如果局部应力立方体的取向使其坐标轴与主轴 1、2、3 重合(即不存在剪应力,只有拉应力或压应力),则上式变为 —

\begin{align} \label{eq:13802a} \sigma_v = \left[ \frac{(\sigma_1 - \sigma_2)^2 + (\sigma_2 - \sigma_3)^2 + (\sigma_3 - \sigma_1)^2} {2} \right]^{1/2} \end{align}

注:

  1. 也称为 "von Mises - Hencky 应力"、"Hencky von Mises 应力"、"八面体剪应力"或"畸变能应力"。
  2. 有限元分析(FEA)软件通常会计算并显示 von Mises 应力。
  3. 除非另有说明,本站所有应力值均为 von Mises 应力。

参见 Juvinall,第 86 - 89 页、第 230 页、第 316 - 317 页,以及 Shigley,第 152 - 154 页。另见Frequently Asked Questions on Von Mises Stress Explained