第2章轴向拉伸与压缩优秀PPT.ppt
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1、第2章轴向拉伸与压缩现在学习的是第1页,共64页第二章第二章 拉伸、压缩与剪切拉伸、压缩与剪切 第一节第一节 概述概述 杆件受到的外力或其合力的作用线沿杆件轴线。杆件受到的外力或其合力的作用线沿杆件轴线。杆件沿轴线方向发生伸长或缩短。杆件沿轴线方向发生伸长或缩短。受力特点受力特点 变形特点变形特点现在学习的是第2页,共64页第二节第二节 轴向拉伸或压缩轴向拉伸或压缩 时的内力时的内力 一、轴力一、轴力 拉力为正(方向背离杆件截面);压力为负(方向指向杆件截面)。拉力为正(方向背离杆件截面);压力为负(方向指向杆件截面)。轴力正负规定轴力正负规定 现在学习的是第3页,共64页二、轴力图二、轴力图
2、 轴力沿轴线方向变化的图形,横坐标表示横截面的位置,纵坐标表示轴力的大小和轴力沿轴线方向变化的图形,横坐标表示横截面的位置,纵坐标表示轴力的大小和方向。方向。例:一等直杆受力情况如图所示。试作杆的轴力图。例:一等直杆受力情况如图所示。试作杆的轴力图。现在学习的是第4页,共64页解:解:求约束力求约束力 解得:解得:截面法计算各段轴力截面法计算各段轴力 AB 段:段:BC 段:段:解得:解得:解得:解得:现在学习的是第5页,共64页CD 段:段:DE 段:段:解得:解得:解得:解得:绘制轴力图绘制轴力图 现在学习的是第6页,共64页第三节第三节 轴向拉伸或压缩时的应力轴向拉伸或压缩时的应力 一、
3、拉(压)杆横截面上的应力一、拉(压)杆横截面上的应力 纵线伸长相等,横线保持与纵线垂直。纵线伸长相等,横线保持与纵线垂直。平面假设:变形前原为平面的横截面,变形后仍保持为平面且仍垂直于轴线。平面假设:变形前原为平面的横截面,变形后仍保持为平面且仍垂直于轴线。两横截面间所有纵向纤维变形相同,且横截面上有正应力无切应力。两横截面间所有纵向纤维变形相同,且横截面上有正应力无切应力。现在学习的是第7页,共64页 材料的均匀连续性假设,可材料的均匀连续性假设,可知所有纵向纤维的力学性能相同。知所有纵向纤维的力学性能相同。轴向拉压时,横截面上只轴向拉压时,横截面上只有正应力,且均匀分布有正应力,且均匀分布
4、 横截面上有正应力无切应横截面上有正应力无切应力。力。现在学习的是第8页,共64页二、拉(压)杆斜截面上的应力二、拉(压)杆斜截面上的应力 斜截面上总应力斜截面上总应力 斜截面正应力斜截面正应力 斜截面切应力斜截面切应力 现在学习的是第9页,共64页 斜截面正应力斜截面正应力 斜截面切应力斜截面切应力 0:横截面上的正应力;:横截面上的正应力;:横截面外法线转到斜截面外法线所转的角度,逆时针转为正,:横截面外法线转到斜截面外法线所转的角度,逆时针转为正,反之为负。反之为负。正应力以拉应力为正,压应力为负;切应力以对研究对象内任意点产生顺时针转的矩为正,逆时针转的矩正应力以拉应力为正,压应力为负
5、;切应力以对研究对象内任意点产生顺时针转的矩为正,逆时针转的矩为负。为负。现在学习的是第10页,共64页铸铁拉伸的断裂面为横截面铸铁拉伸的断裂面为横截面 低碳钢由于抗剪能力比抗拉能力低碳钢由于抗剪能力比抗拉能力差,拉伸过程中出现差,拉伸过程中出现 45o 滑移线滑移线 1 1特殊截面应力的特点特殊截面应力的特点 现在学习的是第11页,共64页2 2两个互相垂直截面的切应力关系两个互相垂直截面的切应力关系 切应力互等定律切应力互等定律 过受力物体任一点取互相垂直的两个截面上的切应力等值反向。过受力物体任一点取互相垂直的两个截面上的切应力等值反向。现在学习的是第12页,共64页 例:图所示轴向受压
6、等截面杆件,横截面面积例:图所示轴向受压等截面杆件,横截面面积 A=400mm2,载荷,载荷F=50kN,试求横截面及斜截面,试求横截面及斜截面m-m上上的应力。的应力。解:由题可得解:由题可得 斜截面上的正应力斜截面上的正应力 斜截面上的切应力斜截面上的切应力 横截面上的正应力横截面上的正应力 现在学习的是第13页,共64页第四节第四节 材料在拉伸与压材料在拉伸与压 缩时的力学性能缩时的力学性能 一、材料的力学性能概述一、材料的力学性能概述 1.1.材料的力学性能材料的力学性能 材料从受力开始到破坏过程中所表现出的在变形和破坏等方面的特性。材料从受力开始到破坏过程中所表现出的在变形和破坏等方
7、面的特性。2.2.试验试件试验试件 现在学习的是第14页,共64页压缩试件压缩试件 圆形截面试件圆形截面试件 矩形截面试件矩形截面试件 圆形截面试件圆形截面试件 方形截面试件方形截面试件 拉伸试验试件拉伸试验试件 现在学习的是第15页,共64页3.3.受力与变形曲线受力与变形曲线 现在学习的是第16页,共64页二、低碳钢拉伸时的力学性能二、低碳钢拉伸时的力学性能 1.1.弹性阶段弹性阶段 弹性变形弹性变形 胡克定律胡克定律 载荷卸除后能完全恢复的变形。载荷卸除后能完全恢复的变形。当当 时,时,与与 成正比关系。成正比关系。,与与 不成正比关系。不成正比关系。:比例极限:比例极限 :弹性极限:弹
8、性极限 现在学习的是第17页,共64页2.2.屈服阶段屈服阶段 屈服(流动)现象屈服(流动)现象 塑性变形塑性变形 试件表面磨光,屈服阶段试件表面出现试件表面磨光,屈服阶段试件表面出现45o 的滑移线。的滑移线。应力基本不变,应变显著增加的现象。应力基本不变,应变显著增加的现象。载荷卸除后不能恢复的变形。载荷卸除后不能恢复的变形。:屈服极限:屈服极限 现在学习的是第18页,共64页3.3.强化阶段强化阶段 强化强化 经过屈服阶段后,材料恢复抵抗变形的能力,应力增大应变增大。经过屈服阶段后,材料恢复抵抗变形的能力,应力增大应变增大。强度极限强度极限 现在学习的是第19页,共64页 颈缩现象颈缩现
9、象 过强化阶段最高点后,试件某一局部范围内横向尺寸急剧缩小。过强化阶段最高点后,试件某一局部范围内横向尺寸急剧缩小。试件断口呈杯口状,材料呈颗粒状。试件断口呈杯口状,材料呈颗粒状。4.4.局部变形阶段(颈缩阶段)局部变形阶段(颈缩阶段)断口杯口状,拉伸屈服阶段受断口杯口状,拉伸屈服阶段受剪破坏剪破坏 断口中间材料呈颗粒状,塑性材断口中间材料呈颗粒状,塑性材料三向受拉脆性断裂破坏料三向受拉脆性断裂破坏低碳钢抗剪能力比抗拉能力低碳钢抗剪能力比抗拉能力差差现在学习的是第20页,共64页 5.5.材料的塑性材料的塑性 伸长率伸长率 截面收缩率截面收缩率 伸长率和截面收缩率越大表明材料的塑性越好,一般认
10、为伸长率和截面收缩率越大表明材料的塑性越好,一般认为 为塑性材料,为塑性材料,为脆性材料。为脆性材料。6.6.卸载定律及冷作硬化卸载定律及冷作硬化 卸载定律卸载定律 在卸载过程中,应力和应变按直线规律变化。在卸载过程中,应力和应变按直线规律变化。现在学习的是第21页,共64页 冷作硬化冷作硬化 冷作硬化的时效性冷作硬化的时效性 材料塑性变形后卸载,重新加载,材料的比例极限提高,塑性变形和伸长率降低的现象。材料塑性变形后卸载,重新加载,材料的比例极限提高,塑性变形和伸长率降低的现象。材料塑性变形后卸载,过段时间重新加载,材料的比例极限、强度极限进一步提高,塑性变形材料塑性变形后卸载,过段时间重新
11、加载,材料的比例极限、强度极限进一步提高,塑性变形和伸长率进一步降低的现象。和伸长率进一步降低的现象。现在学习的是第22页,共64页三、其他塑性材料拉伸时的力学性能三、其他塑性材料拉伸时的力学性能 名义屈服极限名义屈服极限 对于没有明显屈服点的塑性材料,产生对于没有明显屈服点的塑性材料,产生0.2%(0.002)塑性应变时的应力。塑性应变时的应力。现在学习的是第23页,共64页四、脆性材料拉伸时的力学性能四、脆性材料拉伸时的力学性能 1.1.从加载至拉断,变形很小,几乎无塑性变形,断口为试件横截面,材料呈颗粒状,面积从加载至拉断,变形很小,几乎无塑性变形,断口为试件横截面,材料呈颗粒状,面积变
12、化不大,为脆性断裂,以强度极限作为材料的强度指标。变化不大,为脆性断裂,以强度极限作为材料的强度指标。断口为横截面,最大拉应力引起断口为横截面,最大拉应力引起破坏破坏 断口材料呈颗粒状,铸铁单向受断口材料呈颗粒状,铸铁单向受拉脆性断裂破坏拉脆性断裂破坏 现在学习的是第24页,共64页 2.2.铸铁的拉伸应力铸铁的拉伸应力-应变曲线是微弯曲线,无直线阶段,一般取曲线的割线代替曲线的应变曲线是微弯曲线,无直线阶段,一般取曲线的割线代替曲线的开始部分,以割线的斜率作为材料的弹性模量。开始部分,以割线的斜率作为材料的弹性模量。现在学习的是第25页,共64页五、材料在压缩时的力学性能五、材料在压缩时的力
13、学性能 1.1.低碳钢在压缩时的力学性能低碳钢在压缩时的力学性能 在屈服阶段以前,压缩曲线与拉伸曲线基本重合。在屈服阶段以前,压缩曲线与拉伸曲线基本重合。进入强化阶段后试件压缩时应力的增长率随应变的增加而越来越大,不存在抗压强度进入强化阶段后试件压缩时应力的增长率随应变的增加而越来越大,不存在抗压强度极限。极限。现在学习的是第26页,共64页2.2.铸铁在压缩时的力学性能铸铁在压缩时的力学性能 铸铁的压缩曲线与拉伸曲线相似,线形关系不明显,但是抗压强度比抗拉强度高铸铁的压缩曲线与拉伸曲线相似,线形关系不明显,但是抗压强度比抗拉强度高 4 5 倍。倍。现在学习的是第27页,共64页 铸铁试件压缩
14、破坏时,断面的法线与轴线大致成铸铁试件压缩破坏时,断面的法线与轴线大致成 55o 65o 的倾角,材料呈片状。的倾角,材料呈片状。断口材料呈片状,最大切断口材料呈片状,最大切应力引起的剪切破坏应力引起的剪切破坏 断口的法线与轴线成断口的法线与轴线成55o65o铸铁抗剪能力比抗压能力差铸铁抗剪能力比抗压能力差现在学习的是第28页,共64页第五节第五节 轴向拉伸和压缩时的强度计算轴向拉伸和压缩时的强度计算一、失效与许用应力一、失效与许用应力 1.1.极限应力极限应力 构件失效前所能承受的最大应力。构件失效前所能承受的最大应力。塑性材料塑性材料 脆性材料脆性材料 2.2.许用应力许用应力 对于一定材
15、料制成的构件,其工作应力的最大容许值。对于一定材料制成的构件,其工作应力的最大容许值。现在学习的是第29页,共64页二、强度条件二、强度条件 材料强度材料强度 截面面积截面面积截面轴力截面轴力 强度校核强度校核 截面设计截面设计 许用载荷确定许用载荷确定 现在学习的是第30页,共64页 例:图所示变截面由两种材料制成,例:图所示变截面由两种材料制成,AE 段为铜质,段为铜质,EC 段为钢质。钢的许用应力段为钢质。钢的许用应力1=160MPa,铜的许用应力,铜的许用应力2=120MPa,AB 段横截面面积段横截面面积1000mm2,BC 段的横截面面积是段的横截面面积是AB 段的一半。外力段的一
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