材料力学课件ppt.ppt
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1、变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分主主 要要 内内 容容 绪论绪论 内力及内力图内力及内力图 应力和变形应力和变形 应力状态分析应力状态分析变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分主主 要要 内内 容容 强度计算强度计算 刚度计算刚度计算 能量法和简单超静定问题能量法和简单超静定问题 轴心压杆的稳定性计算轴心压杆的稳定性计算 动荷载作用下的动应力计算动荷载作用下的动应力计算变电站电气主接线是指变电站
2、的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分l6-1 6-1 材料拉压时的力学性质材料拉压时的力学性质力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所表现出的力学性能表现出的力学性能一一 试件和实验条件试件和实验条件常温、静常温、静载载变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任
3、务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质二二 低碳钢的拉伸低碳钢的拉伸变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质二二 低碳钢的拉伸（含碳量低碳钢的拉伸（含碳量0.3%0.3%以下）以下）oabcef明显的四个阶段明显的四个阶段1 1、弹性阶段、弹性阶段obobP比例极限比例极限Ee弹性极限弹性极限tanE2 2、屈服阶段、屈服阶段bcbc（失去抵抗变（失去抵抗变形的能力）形的能力）s屈服极限屈服极限3 3、
4、强化阶段、强化阶段cece（恢复抵抗变形（恢复抵抗变形的能力）的能力）强度极限强度极限b4 4、局部径缩阶段、局部径缩阶段efefPesb变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质二二 低碳钢的拉伸（含碳量低碳钢的拉伸（含碳量0.3%0.3%以下）以下）两个塑性指标两个塑性指标%100001lll断后伸长率断后伸长率断面收缩率断面收缩率%100010AAA%5为塑性材料为塑性材料%5为脆性材料为脆性材料低碳钢的低碳钢的%3020%60为塑性材料为塑性材料0变电站
5、电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质三三 卸载定律及冷作硬化卸载定律及冷作硬化1 1、弹性范围内卸载、再加载、弹性范围内卸载、再加载oabcefPesb2 2、过弹性范围卸载、再加载、过弹性范围卸载、再加载ddghf 即材料在卸载过程中应力和应即材料在卸载过程中应力和应变是线形关系，这就是变是线形关系，这就是卸载定律卸载定律。 d d点卸载后，弹性应变消失，遗留点卸载后，弹性应变消失，遗留下塑性应变。下塑性应变。d d点的应变包括两部分。点的应变包括两部分。 d
6、 d点卸载后，短期内再加载，应点卸载后，短期内再加载，应力应变关系沿卸载时的斜直线变化。力应变关系沿卸载时的斜直线变化。 材料的应力应变关系服从胡克定材料的应力应变关系服从胡克定律，即比例极限增高，伸长率降低，律，即比例极限增高，伸长率降低，称之为称之为冷作硬化或加工硬化冷作硬化或加工硬化。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质四四 其它材料拉伸时的力学性质其它材料拉伸时的力学性质对于没有明显屈服阶段对于没有明显屈服阶段的塑性材料国标规定：的塑性材料国标规定
7、：可以将产生可以将产生0.2%0.2%塑性应塑性应变时的应力作为屈服指变时的应力作为屈服指标。并用标。并用p0.2p0.2来表示。来表示。o%2 . 02 . 0p变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质四四 其它材料拉伸时的力学性质其它材料拉伸时的力学性质obt 对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力应变曲线为微弯的曲线，对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现象，试件突然拉断。断后伸长率约为没有屈服和径缩现象，试件突然拉断。断
8、后伸长率约为0.5%0.5%。为典型。为典型的脆性材料。的脆性材料。 btbt拉伸强度极限（约为拉伸强度极限（约为140MPa140MPa）。它是衡量脆性材料（铸）。它是衡量脆性材料（铸铁）拉伸的唯一强度指标。铁）拉伸的唯一强度指标。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 材料压缩时的力学性质材料压缩时的力学性质一一 试件和实验条件试件和实验条件常温、静载常温、静载变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部
9、分材料压缩时的力学性质材料压缩时的力学性质二二 塑性材料（低碳钢）的压缩塑性材料（低碳钢）的压缩屈服极限屈服极限S比例极限比例极限p弹性极限弹性极限e 拉压在屈服阶段以前拉压在屈服阶段以前完全相同。完全相同。E E - - 弹性摸量弹性摸量变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分l材料压缩时的力学性质材料压缩时的力学性质三三 脆性材料（铸铁）的压缩脆性材料（铸铁）的压缩obtbc脆性材料的抗拉与抗压性质完全不同脆性材料的抗拉与抗压性质完全不同 对于脆性材料（铸铁），压缩时的对于脆性材料（铸铁），压缩
10、时的应力应变曲线为微弯的曲线，试件压断应力应变曲线为微弯的曲线，试件压断前。出现明显的屈服现象（鼓形），并前。出现明显的屈服现象（鼓形），并沿着与轴线沿着与轴线45554555度的斜面压断。度的斜面压断。 bcbc压缩强度极限（约为压缩强度极限（约为800MPa800MPa）。）。它是衡量脆性材料（铸铁）压缩的唯一强它是衡量脆性材料（铸铁）压缩的唯一强度指标。远大于拉伸时的强度极限度指标。远大于拉伸时的强度极限btbc变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 其他材料拉伸时力学性能其他材料拉伸时力学
11、性能塑性材料塑性材料 共同点：共同点：延伸率延伸率 较大较大脆性材料脆性材料 割线弹性模量割线弹性模量衡量指标衡量指标: 强度极限强度极限 b名义屈服极限名义屈服极限 0.2：对应对应 s=0.2%时应力时应力变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分q 两种材料力学性能的比较两种材料力学性能的比较 强度方面强度方面塑性材料塑性材料: 屈服前抗拉和抗压性能基本相同，有屈服前抗拉和抗压性能基本相同，有屈服现象屈服现象脆性材料脆性材料: 抗压强度高于抗拉强度，无屈服现象抗压强度高于抗拉强度，无屈服现象 变
12、形方面变形方面塑性材料塑性材料: 延伸率延伸率 和截面收缩率和截面收缩率 较大，塑性好较大，塑性好脆性材料脆性材料: 和和 较小，塑性差较小，塑性差变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分一、材料的破坏形式一、材料的破坏形式 无数实验证明，材料的破坏主要有两种形式：无数实验证明，材料的破坏主要有两种形式： a脆性断裂脆性断裂材料破坏时无明显的塑性变形，断口粗糙。材料破坏时无明显的塑性变形，断口粗糙。 脆性断裂是由拉应力所引起的。脆性断裂是由拉应力所引起的。 例如：例如：铸铁试件在简单拉伸时沿横截面被
13、拉断；铸铁试件受铸铁试件在简单拉伸时沿横截面被拉断；铸铁试件受 扭时沿扭时沿 方向破裂破裂面就是最大拉应力作用面。方向破裂破裂面就是最大拉应力作用面。 45 6.2 材料的破坏和强度理论材料的破坏和强度理论变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分b塑性流动（剪切型）塑性流动（剪切型）材料有显著的塑性变形（即屈材料有显著的塑性变形（即屈 服现象），最大剪应力作用面间相互平行滑移使构件丧服现象），最大剪应力作用面间相互平行滑移使构件丧 失了正常工作的能力。塑性流动主要是由剪应力所引起失了正常工作的能力。
14、塑性流动主要是由剪应力所引起 的。的。 45 例如：例如：低碳钢试件在简单拉伸时与轴线成低碳钢试件在简单拉伸时与轴线成 方向上出现滑方向上出现滑 移线就属这类形式。移线就属这类形式。 按破坏方向可分为断裂破坏（沿法向）按破坏方向可分为断裂破坏（沿法向）和剪切破坏（沿切向）和剪切破坏（沿切向）变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 长期以来，人们根据对材料破坏现象的分析，提出过各种长期以来，人们根据对材料破坏现象的分析，提出过各种各样的假说，认为材料的某一类型的破坏是由某种因素引起各样的假说，认为材
15、料的某一类型的破坏是由某种因素引起的，这种假说就称为强度理论。的，这种假说就称为强度理论。 比如铸铁，其拉伸试样是沿横截面断裂的，扭转圆试样则比如铸铁，其拉伸试样是沿横截面断裂的，扭转圆试样则沿斜截面断裂，两者都是在无明显变形的情况下发生脆性断沿斜截面断裂，两者都是在无明显变形的情况下发生脆性断裂而破坏的。裂而破坏的。 又如低碳试样受拉伸和压缩时，通常会有显著的塑性变形，又如低碳试样受拉伸和压缩时，通常会有显著的塑性变形，当构件变形过大时，就失去了正常工作和承载能力。当构件变形过大时，就失去了正常工作和承载能力。二、强度理论二、强度理论 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系
16、统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 对于低碳钢这类塑性材料，其拉伸和压缩试样都会发生显著对于低碳钢这类塑性材料，其拉伸和压缩试样都会发生显著的塑性变形，有时并会发生屈服现象，构件也因之而失去正常的塑性变形，有时并会发生屈服现象，构件也因之而失去正常工作能力，变得失效。工作能力，变得失效。 由是观之，材料破坏按其物理本质而言，可分为脆断破坏和由是观之，材料破坏按其物理本质而言，可分为脆断破坏和屈服失效两种类型。屈服失效两种类型。 同一种材料在不同的应力（受力）状态下，同一种材料在不同的应力（受力）状态下，可能发生不同类型的破坏。如有槽和无槽低碳钢圆试
17、样；圆柱可能发生不同类型的破坏。如有槽和无槽低碳钢圆试样；圆柱形大理石试样有侧压和无侧压下受压破坏。形大理石试样有侧压和无侧压下受压破坏。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分四种常用的强度理论四种常用的强度理论 （一）关于脆性断裂的强度理论（一）关于脆性断裂的强度理论 1第一强度理论（最大拉应力理论）第一强度理论（最大拉应力理论） 这一理论认为最大拉应力是引起材料脆性断裂破坏的主这一理论认为最大拉应力是引起材料脆性断裂破坏的主要因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态，只要最大要因素，即不论材
18、料处于简单还是复杂应力状态，只要最大拉应力拉应力 达到材料在单向拉伸时断裂破坏的极限应力，就会达到材料在单向拉伸时断裂破坏的极限应力，就会发生脆性断裂破坏。发生脆性断裂破坏。1 实践证明，该理论适合脆性材料在单向、二向或三向受实践证明，该理论适合脆性材料在单向、二向或三向受拉的情况。此理论不足之处是没有考虑其它二个主应力对材拉的情况。此理论不足之处是没有考虑其它二个主应力对材料破坏的影响。料破坏的影响。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2第二强度理论（最大伸长线应变理论）第二强度理论（最大伸
19、长线应变理论） 这一理论认为最大伸长线应变是引起材料脆性断裂破坏这一理论认为最大伸长线应变是引起材料脆性断裂破坏的主要因素，即材料在复杂应力状态下，当最大伸长线应变的主要因素，即材料在复杂应力状态下，当最大伸长线应变1达到单向拉伸断裂时的最大拉应变时，材料就发生断裂破达到单向拉伸断裂时的最大拉应变时，材料就发生断裂破坏。坏。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 该理论能很好地解释石料或混凝土等脆性材料受轴向压缩该理论能很好地解释石料或混凝土等脆性材料受轴向压缩时沿横向（裂纹呈竖向）发生断裂破坏的
20、现象。铸铁时沿横向（裂纹呈竖向）发生断裂破坏的现象。铸铁在在 ，且，且 的情况下，试验结果也与该理论的计的情况下，试验结果也与该理论的计算结果相近。算结果相近。 13031 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 按照此理论，铸铁在二向拉伸时应比单向拉伸时更安全，按照此理论，铸铁在二向拉伸时应比单向拉伸时更安全，这与试验结果不符。同样此理论也不能解释三向均匀受压时，这与试验结果不符。同样此理论也不能解释三向均匀受压时，材料不易破坏这一现象。材料不易破坏这一现象。 变电站电气主接线是指变电站的变压器
21、、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（二）关于塑性流动的强度理论（二）关于塑性流动的强度理论 1第三强度理论（最大剪应力理论）第三强度理论（最大剪应力理论） 这一理论认为最大剪应力是引起材料塑性流动破坏的主要这一理论认为最大剪应力是引起材料塑性流动破坏的主要因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态，只要构件危险因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态，只要构件危险点处的最大剪应力达到材料在单向拉伸屈服时的极限剪应力就点处的最大剪应力达到材料在单向拉伸屈服时的极限剪应力就会发生塑性流动破坏。会发生塑性流动破坏。 这一理论能较好的解
22、释塑性材料出现的塑性流动现象。这一理论能较好的解释塑性材料出现的塑性流动现象。在工程中被广泛使用。但此理论忽略了中间生应力在工程中被广泛使用。但此理论忽略了中间生应力 的影响，的影响，且对三向均匀受拉时，塑性材料也会发生脆性断裂破坏的事且对三向均匀受拉时，塑性材料也会发生脆性断裂破坏的事实无法解释。实无法解释。 2 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2第四强度理论（形状改变比能理论）第四强度理论（形状改变比能理论） 这一理论认为形状改变比能是引起材料塑性流动破坏的这一理论认为形状改变比能是引起
23、材料塑性流动破坏的主要因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态。只要构主要因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态。只要构件危险点处的形状改变比能，达到材料在单向拉伸屈服时的件危险点处的形状改变比能，达到材料在单向拉伸屈服时的形状改变比能，就会发生塑性流动破坏。形状改变比能，就会发生塑性流动破坏。 这一理论较全面地考虑了各个主应力对强度的影响。试这一理论较全面地考虑了各个主应力对强度的影响。试验结果也与该理论的计算结果基本相符，它比第三强度理论验结果也与该理论的计算结果基本相符，它比第三强度理论更接近实际情况。更接近实际情况。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，
24、从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分三、强度理论的选用三、强度理论的选用 1相当应力相当应力 四个强度理论可用如下统一的形式表达：四个强度理论可用如下统一的形式表达： (115)ri 式（式（11-5）中的）中的 称为相当应力。四个强度理论的相当称为相当应力。四个强度理论的相当应力分别为：应力分别为： ri 112123313222412233112rrrrv 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2强度理论的选用强度理论的选用 对于强度理论的选用，须视材料，应力
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