压力容器力学基础幻灯片.ppt
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1、压力容器力学基础第1页,共81页,编辑于2022年,星期五第七章第七章 工程力学基础知识工程力学基础知识7.1 拉深、压缩、和材料的几个基本力学性能拉深、压缩、和材料的几个基本力学性能7.2 直梁的弯曲直梁的弯曲7.3 剪切、挤压和扭转剪切、挤压和扭转7.4 压杆和受外压壳体的稳定性压杆和受外压壳体的稳定性7.5 弹性力学和有限单元法基本知识弹性力学和有限单元法基本知识第2页,共81页,编辑于2022年,星期五杆件变形的基本形式p轴向拉伸与压缩轴向拉伸与压缩 剪切与挤压剪切与挤压 扭转扭转 弯曲弯曲(1)轴向拉伸和压缩)轴向拉伸和压缩拉伸拉伸变细变长变细变长压缩压缩变短变粗变短变粗拉力与压力都
2、是沿杆的轴线方向拉力与压力都是沿杆的轴线方向第3页,共81页,编辑于2022年,星期五拉伸与压缩扭转弯曲第4页,共81页,编辑于2022年,星期五 工程实例第5页,共81页,编辑于2022年,星期五杆件变形的基本形式(2)剪切和挤压)剪切和挤压剪切变形剪切变形剪切变形剪切变形挤压变形挤压变形第6页,共81页,编辑于2022年,星期五杆件变形的基本形式(3)扭转)扭转MeMeg gj j(4)弯曲)弯曲MeMe第7页,共81页,编辑于2022年,星期五 工程中所用的材料多种多样,不同的材料受力后所表现的力工程中所用的材料多种多样,不同的材料受力后所表现的力学性质是不同的。只有掌握了材料的力学性质
3、,才能根据构件的学性质是不同的。只有掌握了材料的力学性质,才能根据构件的受力特征选择合适的材料。受力特征选择合适的材料。根据材料的力学性质可分为两大类:根据材料的力学性质可分为两大类:拉断时只有很小的塑性变形称为拉断时只有很小的塑性变形称为脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料,如玻璃、陶瓷、,如玻璃、陶瓷、砖石、铸铁等。砖石、铸铁等。拉断时有较大的塑性变形产生称为拉断时有较大的塑性变形产生称为塑性材料塑性材料塑性材料塑性材料,如钢材、铜等。,如钢材、铜等。7.1 拉深、压缩和材料几个基本力学性能拉深、压缩和材料几个基本力学性能第8页,共81页,编辑于2022年,星期五 标准试件。标准试件。拉伸试件
4、拉伸试件dh压缩试件压缩试件一、试件与试验仪器一、试件与试验仪器第9页,共81页,编辑于2022年,星期五低碳钢拉伸时的力学性质低碳钢拉伸时的力学性质 低碳钢拉伸的应力低碳钢拉伸的应力-应变曲线应变曲线(-图图)根据低碳钢拉伸时记录下来的拉力根据低碳钢拉伸时记录下来的拉力P 与变形与变形 关系曲线可得应力关系曲线可得应力-应变曲线应变曲线(-图图)二、材料拉伸时的力学性质二、材料拉伸时的力学性质第10页,共81页,编辑于2022年,星期五a aE=tga aO1O2f1(f)低碳钢拉伸低碳钢拉伸应力应变曲线应力应变曲线D(s下下)(e)BC(s上上)A(p)E(b)ga aEy=tga a (
5、MPa)200400 0.10.2O低碳钢压缩低碳钢压缩应力应变曲线应力应变曲线二、材料拉伸时的力学性质二、材料拉伸时的力学性质第11页,共81页,编辑于2022年,星期五 低碳钢拉伸的不同阶段低碳钢拉伸的不同阶段弹性阶段弹性阶段(oe段段)p-比例极限比例极限 pe-曲线阶段曲线阶段op-比例阶段比例阶段 e-弹性极限弹性极限二、材料拉伸时的力学性质二、材料拉伸时的力学性质第12页,共81页,编辑于2022年,星期五 屈服屈服(流动)阶段流动)阶段(e s 段段)塑性材料的失效应力塑性材料的失效应力:s。B、卸载定律、卸载定律A、-强度强度极限极限C C、冷作硬化、冷作硬化强化阶段强化阶段(
6、段段)颈缩(断裂)阶段颈缩(断裂)阶段二、材料拉伸时的力学性质二、材料拉伸时的力学性质1、延伸率、延伸率:2、截面收缩率:、截面收缩率:5 为脆性材料为脆性材料 5 为塑性材料为塑性材料第13页,共81页,编辑于2022年,星期五 -铸铁拉伸强度铸铁拉伸强度极限极限 (失效应力)(失效应力)铸铁拉伸时的力学性质铸铁拉伸时的力学性质 铸铁拉伸时无比例阶段、屈服阶段、缩颈阶段。铸铁拉伸时无比例阶段、屈服阶段、缩颈阶段。二、材料拉伸时的力学性质二、材料拉伸时的力学性质第14页,共81页,编辑于2022年,星期五 低碳钢压缩时的力学性质低碳钢压缩时的力学性质 低碳钢压缩时的低碳钢压缩时的 曲线,在屈服
7、阶段之前与拉伸时基本相曲线,在屈服阶段之前与拉伸时基本相同,属拉压同性材料。只有在进入强化阶段之后,二者才逐渐分同,属拉压同性材料。只有在进入强化阶段之后,二者才逐渐分离。离。三、材料压缩时的力学性质三、材料压缩时的力学性质第15页,共81页,编辑于2022年,星期五 铸铁压缩时的力学性质铸铁压缩时的力学性质 y-铸铁压缩强度铸铁压缩强度极限;极限;y (4 6)L 铸铁压缩时强度铸铁压缩时强度极限比拉伸极限比拉伸时强度时强度极限大得多,属拉压异性极限大得多,属拉压异性材料;脆性材料抗压不抗拉。材料;脆性材料抗压不抗拉。三、材料压缩时的力学性质三、材料压缩时的力学性质第16页,共81页,编辑于
8、2022年,星期五 1、容许应力:、容许应力:2、极限应力:、极限应力:3、安全系数:、安全系数:n有明显屈服阶段的塑性材料有明显屈服阶段的塑性材料无明显屈服阶段的塑性材料无明显屈服阶段的塑性材料脆性材料脆性材料四四 安全系数、容许应力、极限应力安全系数、容许应力、极限应力对没有明显屈服极限的塑性材料,可以对没有明显屈服极限的塑性材料,可以将产生将产生0.2%0.2%塑性应变时的应力作为屈服塑性应变时的应力作为屈服指标,并用指标,并用 0.2 0.2 来表示来表示第17页,共81页,编辑于2022年,星期五7.2 直梁的弯曲直梁的弯曲7.2.1 弯曲的概念、剪力、弯矩弯曲的概念、剪力、弯矩7.
9、2.2 梁弯曲时的正应力、截面惯性矩、梁弯曲时的正应力、截面惯性矩、抗弯截面模量抗弯截面模量7.2.3 梁变形曲线的近似微分方程梁变形曲线的近似微分方程7.2.4 梁弯曲的强度条件梁弯曲的强度条件第18页,共81页,编辑于2022年,星期五7.2.1 弯曲的概念、剪力、弯矩弯曲:直杆的轴线受到通过杆轴线的横向力或力偶的作用下弯曲:直杆的轴线受到通过杆轴线的横向力或力偶的作用下产生的平面弯曲。产生的平面弯曲。产生弯曲变形的直杆叫直梁,简称梁。产生弯曲变形的直杆叫直梁,简称梁。梁上作用的外力通常有三种:集中力梁上作用的外力通常有三种:集中力,集中力偶集中力偶,分布载荷分布载荷第19页,共81页,编
10、辑于2022年,星期五 梁的基本形式梁的基本形式p简支梁:一端固定铰链,另一端活动铰链;p外伸梁:简支梁一端或两端伸出支座以外;p悬臂梁:一端固定,另一端自由。p外力内力应力强度条件和刚度条件 第20页,共81页,编辑于2022年,星期五以弯曲为主要变形的构件在工程上称为梁 第21页,共81页,编辑于2022年,星期五第22页,共81页,编辑于2022年,星期五第23页,共81页,编辑于2022年,星期五7.2.1 弯曲的概念、剪力、弯矩第24页,共81页,编辑于2022年,星期五7.2.1 弯曲的概念、剪力、弯矩第25页,共81页,编辑于2022年,星期五第26页,共81页,编辑于2022年
11、,星期五内力图的一些规律:1 1、q(x)=0q(x)=0:一一段段梁梁上上无无均均布布荷荷载载,剪剪力力图图为为一一平平行行于于x x轴水平线,弯矩图为一斜直线;轴水平线,弯矩图为一斜直线;2 2、q(x)=q(x)=常常数数:一一段段梁梁上上有有均均布布荷荷载载,剪剪力力图图为为一一斜斜直直线线,弯弯矩矩图图为为一一条条二二次次曲曲线线,当当均均布布荷荷载载q(x)q(x)向向下下时时,弯弯矩矩图图凸凸向向上上,当当均均布布荷荷载载向向上上时时,曲曲线线凸向下;凸向下;3 3、弯弯矩矩的的极极值值:若若梁梁的的某某一一截截面面上上的的剪剪力力Q(x)=0Q(x)=0,则该截面的弯矩为一极值
12、;则该截面的弯矩为一极值;第27页,共81页,编辑于2022年,星期五第四节 弯曲时横截面上的正应力及其分布规律一、纯弯曲的变形特征第28页,共81页,编辑于2022年,星期五平面截面假设平面截面假设:各纵向纤维之间互不挤压各纵向纤维之间互不挤压中性层,中性轴中性层,中性轴第29页,共81页,编辑于2022年,星期五二、横截面上的正应力 变形几何条件:物理条件:弹性范围内 第30页,共81页,编辑于2022年,星期五静力平衡 第31页,共81页,编辑于2022年,星期五横截面对中性轴z的惯性矩,m4称为抗弯截面模量,单位为:cm3。梁纯弯曲时横截面上的最大正应力的公式为:第32页,共81页,编
13、辑于2022年,星期五横力弯曲横截面翘曲,横向力引起挤压应力平面假设和各纵向纤维不互相挤压不成立均布载荷作用下的矩形截面简支梁,L/h5时,按纯弯曲正应力计算,误差1%。第33页,共81页,编辑于2022年,星期五第34页,共81页,编辑于2022年,星期五7.3 剪切、挤压和扭转剪切、挤压和扭转p7.3.1 剪切的基本概念p7.3.2 挤压的概念p7.3.3 剪切的虎克定律p7.3.4 圆轴扭转时的强度条件第35页,共81页,编辑于2022年,星期五7.3.1 剪切的基本概念螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接销轴连接销轴连接第36页,共81页,编辑于2022年,星期五剪切受力特点:剪切受力特点
14、:作用在构件两侧面上的外作用在构件两侧面上的外力合力大小相等、方向相反且作用线很力合力大小相等、方向相反且作用线很近。近。变形特点:变形特点:位于两力之间的截面发生相位于两力之间的截面发生相对错动。对错动。剪切的实用计算剪切的实用计算F FF F得切应力计算公式:得切应力计算公式:切应力强度条件:切应力强度条件:常由实验方法确定常由实验方法确定假设切应力在剪切面(假设切应力在剪切面(m-mm-m截面)上是均匀截面)上是均匀分布的分布的第37页,共81页,编辑于2022年,星期五7.3.27.3.2挤压的实用计算挤压的实用计算假设应力在挤压面上是均匀分布的假设应力在挤压面上是均匀分布的得实用挤压
15、应力公式得实用挤压应力公式挤压强度条件:挤压强度条件:常由实验方法确定常由实验方法确定*注意挤压面面积的计算注意挤压面面积的计算F FF F第38页,共81页,编辑于2022年,星期五挤压强度条件:挤压强度条件:切应力强度条件:切应力强度条件:脆性材料:脆性材料:塑性材料:塑性材料:4.4.强度条件强度条件第39页,共81页,编辑于2022年,星期五7.3.3 剪切虎克定律p薄圆筒受到在横截面内的扭矩薄圆筒受到在横截面内的扭矩MT作用时,薄圆筒壁的作用时,薄圆筒壁的材料将发生剪切变形。材料将发生剪切变形。p在弹性范围内,剪切力与剪切应变服从剪切虎克定律:在弹性范围内,剪切力与剪切应变服从剪切虎
16、克定律:pG为剪切弹性模量,为剪切弹性模量,MPa或或Pa;泊松比,泊松比,E弹性模量性模量第40页,共81页,编辑于2022年,星期五7.3.4 圆轴扭转时的强度条件MeMeg gj jp 变形几何关系变形几何关系p从三方面考虑:物理关系从三方面考虑:物理关系p 静力学关系静力学关系第41页,共81页,编辑于2022年,星期五7.3.4 圆轴扭转时的强度条件CL5TU9第42页,共81页,编辑于2022年,星期五7.3.4 圆轴扭转时的强度条件第43页,共81页,编辑于2022年,星期五7.4 压杆和受外压壳体的稳定性压杆和受外压壳体的稳定性p7.4.1 细长压杆稳定问题p7.4.2 侧向外
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