其屈服判据可以表示为:
…(1)
式中为形状改变能密度;
为材料的极限值。
当物体因外力作用而产生弹性变形时,外力在相应的位移上就作了功,同时在物体内部也就积蓄了能量(既包括体积改变也包括形状改变)。对于线弹性、小变形条件下受力的材料,其积蓄的应变能只取决于外力的最终数值。依据胡克定律,用主应力表达的应变能密度为:
…(2)
体积改变能密度为:
…(3)
形状改变能密度为:
…(4)
上述公式表明,在复杂应力状态下,物体形状的改变及所积蓄的形状改变能密度和3个主应力的差值有关,而物体体积的改变及所积蓄的体积改变能密度和3个主应力的代数和有关。
对于塑性材料,因为在拉伸试验时当正应力达到最大抗拉强度时就出现明显的屈服现象,故而可以通过拉伸试验来确定材料的极限值
。
将,
代入屈服条件,可得:
…(5)
代入屈服判据公式并化简,可得以应力表示的屈服判据:
…(6)
将右式除以安全系数,可得材料的容许强度,进而建立强度条件:
…(7)
对于塑性材料,能量理论是一种较好的强度理论,但其只适用于拉压性质相同的材料,且认为体积变形能对材料的屈服破坏没有贡献,在应用时应注意其适用条件。
在特殊情况下(中间主应力与最大主应力或最下主应力相等),该理论与最大切应力理论等价。一般情况下,能量理论比最大切应力理论更符合试验结果。但由于最大切应力理论是偏于安全的,且更简洁简便,因而仍被广泛使用。