第二章材料的力学性质优秀PPT.ppt
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1、第二章材料的力学性质第一页,本课件共有48页第一节 应力与应变*1、内力的概念n外力:其它物体施加的力。包括构件所承受的载荷及约束反力。n(1)载荷:外力(主动力)n(2)约束反力:外力(被动力)n内力:由外力引起的构件内部的相互作用力。n内力的大小以及在构件内部的分布方式随外力和变形的改变而变化,并与构件的强度、刚度和稳定性密切相关,内力分析是材料力学的基础。一、应力第二页,本课件共有48页第一节 应力与应变*2、内力的求法截面法一、应力第三页,本课件共有48页第一节 应力与应变*2、内力的求法截面法一、应力 1截:截:在需要求内力的截面处,用一假想的垂直于轴线的截面把构件分成两个部分;2、
2、取:保留其中任一部分作为研究对象,而弃去另一部分,称之为分离体;3、代:将弃去的另一部分对保留部分的作用力用截面上的内力代替;4、平:对保留部分(分离体)建立平衡方程式,由已知外力求出截面上内力的大小和方向。在使用截面法求内力时,构件在被截开前,静力学中的力系等效代换及力的可传性是不适用的。第四页,本课件共有48页第一节 应力与应变 例例 图a表示一等截面直杆,其受力情况如图所示。试作其轴力图。解:解:(1)作杆的受力图(图b),求约束反力FA;根据 Fx=0,即:FAF1+F2F3+F4=0 得FA=40kN55kN25kN20kN=10kN 第五页,本课件共有48页第一节 应力与应变 例例
3、 图a表示一等截面直杆,其受力情况如图所示。试作其轴力图。(2)求各段横截面上的轴力并作轴力图。规定:轴力拉为正、压为负。规定:轴力拉为正、压为负。AB段:FN1=FA=10kNBC段:FN2=10kN40kN=50kNCD段:FN3=20kN25kN=-5kNDE段:FN4=20kN第六页,本课件共有48页第一节 应力与应变3、应力:内力分布集度 一、应力 (1)1根筷子容易弄断,10根筷子不容易弄断;(2)粗细相同的铁杆与筷子比较,铁杆结实;可见控制材料不遭到破坏的一是材质、二是材料横截面积。为进行材料选择,评定材料的力学性能,要消除面积的影响,引入应力的概念。应力:单位面积上的内力,即内
4、力分布集度。第七页,本课件共有48页第一节 应力与应变3、应力 在截面任一点周围有微小面积A,设其上内力F,则应力定义为;总应力的法相分量称为正应力,切向应力称为剪应力 规定:规定:正正应力应力拉拉为正,为正,压压为负为负第八页,本课件共有48页第一节 应力与应变3、应力;单位:应力的国际单位为N/m2 1N/m2 =1Pa(帕斯卡)1MPa=106 N/m2 1GPa=109N/m2 第九页,本课件共有48页第一节 应力与应变二、应变 1变形物体受力后形状和尺寸的改变1.3.切应变(角应变)原来相互正交的棱边的直角夹角的改变量称为切应变(角应变)2线应变(简称应变)即单位长度的变形量,无量纲
5、。第十页,本课件共有48页第二节 材料试验一、低碳钢拉伸试验;为了测定不同材料的承受载荷的能力(即强度),要对材料做拉伸试验即以测定。为了消除试件尺寸的对测定结果的影响,规定拉伸试验试件按国家标准规定做成标准试件(几何尺寸、加工精度、试验条件)。试件:规定圆截面标准试件的工作长度(也称标距)与其截面直径d。第十一页,本课件共有48页第二节 材料试验一、低碳钢拉伸试验;试件:长试件:短试件:试验条件:常温(20);静载。第十二页,本课件共有48页第二节 材料试验一、低碳钢拉伸试验;(1)夹持试件(2)油压缓慢加载使试件受拉(3)记录 测试数值(4)直至拉断,观察力与变形的全过程(5)绘制 拉伸曲
6、线(自动绘图)(6)清除尺寸影响作 曲线,根据曲线特征大致分为四个阶段研究材料力学性能。第十三页,本课件共有48页第二节 材料试验一、低碳钢拉伸试验;第阶段:弹性变形阶段 应力与应变成正比,比例系数E为材料弹性模量,对同种材料E值比较稳定。在弹性阶段撤掉外力,变形消失。第十四页,本课件共有48页第二节 材料试验一、低碳钢拉伸试验;第阶段:屈服流动阶段 材料对变形的抵抗能力消失,外力不再增加,变形继续。第十五页,本课件共有48页第二节 材料试验一、低碳钢拉伸试验;第第阶段阶段:强化阶段 抵抗变形的能力增强。如果在K点撤除外力,将沿着KO1变化,OO1为单位长度的残余变形。重新施加外力,将沿着KO
7、1变化,承载能力增强,称为冷作硬化。第十六页,本课件共有48页第二节 材料试验一、低碳钢拉伸试验;第阶段:颈缩阶段。试件局部范围横向尺寸急剧缩小,称为颈缩。第十七页,本课件共有48页第二节 材料试验一、低碳钢拉伸试验;1、延伸率2、断面收缩率第十八页,本课件共有48页第二节 材料试验二、其它试验;为了测定不同材料的承受载荷的能力,对锰钢、硬铝、退火球墨铸铁、铸铁进行拉伸试验。锰钢没有屈服和颈缩阶段;硬铝、退火球墨铸铁没有明显屈服阶段;铸铁d 5%,突然断裂;d 5%,为塑性材料。第十九页,本课件共有48页一、机械性能又叫力学性能,指在外力作用下表现出来的性能。强度强度:材料抵抗外力作用而不失效
8、的特性。塑性塑性:在外力作用下,材料产生塑性变形而不被破坏的特性。硬度硬度:金属材料不大的体积内抵抗硬物压入的特性。韧性韧性:材料快速变形吸收能量而不被破坏的特性。缺口敏感性缺口敏感性:在有应力集中的条件下,抵抗裂纹扩展的特性。第三节 材料的性能第二十页,本课件共有48页一、机械性能A 强度1、弹性极限p:很难控制。第三节 材料的性能 强度:材料抵抗外力作用而不失效的特性。不同的生产环境、不同的失效的标准不同,衍生出不同的的强度指标。第二十一页,本课件共有48页一、机械性能A 强度 2、屈服极限s:对退火或热轧处理的中低碳钢屈服较明显。对其它没有明显屈服段的属材料规定产生0.2%残余变形时承受
9、的应力值,记为条件屈服极限0.2第三节 材料的性能第二十二页,本课件共有48页一、机械性能A 强度 3、抗拉强度(极限)b:拉断时所承受的最大应力值。第三节 材料的性能第二十三页,本课件共有48页 高温条件下,材料的屈服点、抗拉强度、弹性模量、塑性都会发生变化。我们把在高温条件下,较小的应力(p)作用使材料发生持续塑性变形的现象叫蠕变。4、蠕变强度(极限)n 一、机械性能A 强度第三节 材料的性能第二十四页,本课件共有48页 (1)蠕变的危害不利于常规手段的检测。高温蒸汽管道;隧道炉传动链条。材料发生蠕变有大致的极限温度碳钢:420;合金钢:450;轻合金族(铝、镁);50-150 4、蠕变强
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