《材料力学》PPT课件.ppt
材料在拉伸时的力学性能材料在拉伸时的力学性能两个尚未解决的问题：1 1、纤维的伸长和应力之间存在怎样的关、纤维的伸长和应力之间存在怎样的关系？系？2 2、为什么要研究杆件斜截面上的应力？、为什么要研究杆件斜截面上的应力？v材料在外力作用下表现出的变形、材料在外力作用下表现出的变形、破坏等方面的特性称材料的力学性破坏等方面的特性称材料的力学性能，也称能，也称机械性质机械性质。v 材料的机械性质通过试验测定，材料的机械性质通过试验测定，通常为常温静载试验。试验方法应通常为常温静载试验。试验方法应按照国家标准进行。按照国家标准进行。试验机试验机材料的力学性材料的力学性能在材料试验能在材料试验机上进行测试。机上进行测试。材料试验机的材料试验机的式样有很多，式样有很多，但大多为机械但大多为机械传动或液压传传动或液压传动。动。液压式试验机各各种种试试验验机机电子拉力试验机各各种种试试验验机机20kN试验机10kN试验机国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也作了详细规定作了详细规定当当 l=10d 时的试件称为时的试件称为长试件长试件，为，为推荐尺寸推荐尺寸当当 l=5d 时的试件称为时的试件称为短试件短试件，为材料尺寸不，为材料尺寸不足时使用足时使用标准试件标准试件PPP L 曲线曲线=PA e=LL应力应变曲线应力应变曲线比例极限sp弹性极限se屈服极限ss强度极限sb弹性模量E泊松比 m弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩断裂阶段低碳钢拉伸时的力学性能低碳钢拉伸时的力学性能名义屈服极限名义屈服极限有些材料没有明显的屈服平台，这时无法测定屈服极限ss，工程上使用名义屈服极限s代替屈服极限ss当材料的残余伸长达到2000微应变(me)时，对应的应力值称名义屈服极限，以s表示胡克定律胡克定律当应力不超过材料的比例极限时，应力与应变成正比s s=Ee e卸载卸载塑性材料的卸载过程塑性材料的卸载过程再加载再加载重新加载与冷作硬化重新加载与冷作硬化其其它它塑塑性性金金属属材材料料的的拉拉伸伸曲曲线线合金钢20Cr高碳钢T10A螺纹钢16Mn低碳钢A3黄铜H62脆性材料的拉伸性能脆性材料的拉伸性能特点：特点：无屈服过程无屈服过程无塑性变形无塑性变形无塑性指标无塑性指标分类：分类：塑性材料塑性材料 d d 5%脆性材料脆性材料 d d 5%强度指标强度指标(失效应力失效应力失效应力失效应力)韧性材料韧性材料韧性材料韧性材料oS 脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料ob脆性材料韧性金属材料韧性指标韧性指标延伸率延伸率延伸率延伸率材料的机械性能指标材料的机械性能指标断面收缩率断面收缩率断面收缩率断面收缩率 =X100%A-A1A断口分析及破坏机理浅析断口分析及破坏机理浅析塑性材料塑性材料脆性材料脆性材料2.5 材料在压缩时的力学性能材料在压缩时的力学性能试件：金属材料短圆柱混凝土、石料立方体塑性材料的压缩塑性材料的压缩塑性材料的压缩强塑性材料的压缩强度与拉伸强度相当度与拉伸强度相当脆性材料的压缩脆性材料的压缩脆性材料的压缩强脆性材料的压缩强度远大于拉伸强度度远大于拉伸强度几几种种常常用用材材料料的的主主要要力力学学性性能能1、高温对材料的力学性能有影响高温对材料的力学性能有影响 2、高温下工作的构件，会产生蠕高温下工作的构件，会产生蠕变和松弛变和松弛3、蠕变：应力保持不变，应变随、蠕变：应力保持不变，应变随时间增加而增加的现象时间增加而增加的现象4、松弛：应变保持不变，应力随、松弛：应变保持不变，应力随时间增加而降低的现象时间增加而降低的现象几个概念：几个概念：*2-6*2-6：温度和时间对材料力学性能的影响温度和时间对材料力学性能的影响一、短期静载下一、短期静载下温度对材料力学温度对材料力学性能的影响性能的影响二、高温、长期静载下材料的力学性能二、高温、长期静载下材料的力学性能金属材料的高温蠕变蠕变（碳钢350C以上）机械性能思靠题机械性能思靠题123三种材料的应力应变曲线如图，用这三种材料制成同尺寸拉杆，请回答如下问题：哪种强度最好？哪种强度最好？哪种刚度最好？哪种刚度最好？哪种塑性最好？哪种塑性最好？请说明理论依据请说明理论依据？e2.7 失效、安全系数和强度计算失效、安全系数和强度计算失效失效由于材料的力学行为而使由于材料的力学行为而使 构件丧失正常功能的现象构件丧失正常功能的现象.强度失效问题强度失效问题 强度失效强度失效 由于由于断裂断裂或或屈服屈服引起的失效引起的失效刚度失效问题刚度失效问题 刚度失效刚度失效 由于由于过量的弹性过量的弹性 变形变形引起的失效引起的失效.抗扭刚度不够引起的失效抗扭刚度不够引起的失效 屈曲失屈曲失屈曲失屈曲失效效效效（失稳）（失稳）（失稳）（失稳）由于由于由于由于平衡平衡平衡平衡构件的受力构件的受力构件的受力构件的受力特征的突然特征的突然特征的突然特征的突然转变转变转变转变而引起而引起而引起而引起的失效的失效的失效的失效.屈曲失效（失稳）问题屈曲失效（失稳）问题其它失效形态其它失效形态 疲劳失效疲劳失效由于由于交变应力的作用交变应力的作用,初始裂纹初始裂纹不断不断扩展而引起的脆性断裂扩展而引起的脆性断裂.蠕变失效蠕变失效在一定的温度和应力下在一定的温度和应力下,应变随着时应变随着时间的增加而增加间的增加而增加,最终导致构件失效最终导致构件失效.松弛失效松弛失效在一定的温度下在一定的温度下,应变保持不变应变保持不变,应力应力随着时间增加而降低随着时间增加而降低,从而导致构件失从而导致构件失效效.脆性材料拉脆性材料拉max=拉=b拉塑性材料塑性材料max=s拉压构件材料的失效判据拉压构件材料的失效判据脆性材料压脆性材料压max=压=b压许许用用应应力力与与安安全全系系数数塑性材料塑性材料脆性材料拉脆性材料拉=sns拉=b拉nb脆性材料压脆性材料压压=b压nb脆性材料压杆在强脆性材料压杆在强脆性材料压杆在强脆性材料压杆在强度设计时取绝对值度设计时取绝对值度设计时取绝对值度设计时取绝对值安全系数的确定塑性材料：ns脆性材料：nb材料素质（强度、均匀性、脆性）载荷情况（峰值载荷、动静、不可预见性)构件简化过程和计算方法的精确度零件的重要性、制造维修难易减轻重量（飞机、手提设备等）强度条件强度条件=NAmax N A 三种类型的强度计算三种类型的强度计算一、强度校核一、强度校核二、截面设计二、截面设计=NA三、确定许可载荷三、确定许可载荷A N 钢材的许用应力=150MPa，AB进行强度校核强度校核强度校核强度校核。已由例2.2知，斜杆AB的应力为=123MPa，可见=123MPa 所以拉杆安全。s=123X106PaNAPmax=38.7kNQsinaN=Pmax讨论：讨论：若Q20kN，则AB杆的应力=164MPa，强度不足，应重新设计。l减小Q的值l增大拉杆面积工程中允许工作应力略大于许用应力，但不得超过的5%Pmax=QsinaN=Pmax s=NA例2.4 气动夹具截面设计截面设计已知：D140mm =80MPa设计活塞杆直径。PPP P=px p p 4D2=9236NN=PA A=p p d2 4 N N s s=1.16x10-4m2 d d 0.0122m=12mm0.0122m=12mm 例2.5 起重机AB为空心钢杆，外径105mm,内径95mm,钢索1和2平行，相当于直径d=25mm的圆杆，=60MPa，求许可吊重。例2.5 解平衡方程平衡方程解平衡方程解平衡方程撑杆强度条件撑杆强度条件钢索强度条件钢索强度条件习题：
