材料力学课件PPT.ppt
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1、主主 要要 内内 容容v第一章第一章 绪论绪论v第二章第二章 内力及内力图内力及内力图v第四章第四章 应力和变形应力和变形v第三章第三章 截面的几何参数截面的几何参数v第五章第五章 应力状态分析应力状态分析主主 要要 内内 容容v第六章第六章 强度计算强度计算v第七章第七章 刚度计算刚度计算v第九章第九章 能量法和简单超静定问题能量法和简单超静定问题v第八章第八章 轴心压杆的稳定性计算轴心压杆的稳定性计算v第十章第十章 动荷载作用下的动应力计算动荷载作用下的动应力计算6-1 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
2、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 试试件件和和实实验验条条件件常常温温、静静载载材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质 材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质二二 低低碳碳钢钢的的拉拉伸伸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)明显的四个阶段明显的四个阶段1 1、弹性阶段、弹性阶段obob比例极限比例极限弹性极限弹性极限2 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)屈服极限屈服极限3 3、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
3、强度极限4 4、局部径缩阶段、局部径缩阶段efef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断后伸长率断后伸长率断面收缩率断面收缩率为塑性材料为塑性材料为脆性材料为脆性材料低碳钢的低碳钢的为塑性材料为塑性材料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2 2、过弹性范围卸载、再加载、过弹性范围卸载、再加载 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
4、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 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。材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质四四 其其它它材材料料拉拉伸伸时时的的力力学学性性质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
5、定: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。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
6、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。材料压缩时的力学性质材料压缩时的力学性质一一 试试件件和和实实验验条条件件常常温温、静静载载材料压缩时的力学性质材料压缩时的力学性质二二 塑塑性性材材料料(低低碳碳钢钢)的的压压缩缩屈服极限屈服极限比例极限比例极限弹性极限弹性极限 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-弹性摸量弹性摸量材料压缩时的力学性质材料压缩时的力学性质三三 脆脆性性材材料料(铸铸铁铁)的的压压缩缩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),压缩时的应力应变曲线
7、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 其他材料拉伸时力学性能其他材料拉伸时力学性能 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
8、服极限 0.2:对应对应 s=0.2%时应力时应力 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
9、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。6.2 材料的破坏和强度理论材料的破坏和强度理论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
10、能力。塑性流动主要是由剪应力所引起 的。的。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)和按破坏方向可分为断裂破坏(沿法向)和剪切破坏(沿切向)剪切破坏(沿切向)长长期期以以来来,人人们们根根据据对对材材料料破破坏坏现现象象的的分分析析,提提出出过过各各种种各各样样的的假假说说,认认为为材材料料的的某某一一类类型型的的破破坏坏是是由由某某种种因因素素引引起起的的,这种假说就称为强度理论。这种假说就称为强度理论。比比如如铸铸铁铁,其其拉拉伸伸试试样样是是沿沿横横截截面面断
11、断裂裂的的,扭扭转转圆圆试试样样则则沿沿斜斜截截面面断断裂裂,两两者者都都是是在在无无明明显显变变形形的的情情况况下下发发生生脆脆性性断断裂裂而破坏的。而破坏的。又又如如低低碳碳试试样样受受拉拉伸伸和和压压缩缩时时,通通常常会会有有显显著著的的塑塑性性变变形形,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、二、强度理论强度理论 对对于于低低碳碳钢钢这这类类塑塑性性材材料料,其其拉拉伸伸和和压压缩缩试试样样都都会会发发生生显显著著的的塑塑性性变变形形,有有时时并并会会发发生生屈屈服服现现象象,构构件件也也因因之之而而失失去去正正常常工作能力,变得
12、失效。工作能力,变得失效。由由是是观观之之,材材料料破破坏坏按按其其物物理理本本质质而而言言,可可分分为为脆脆断断破破坏坏和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,可可能能发发生生不不同同类类型型的的破破坏坏。如如有有槽槽和和无无槽槽低低碳碳钢钢圆圆试试样样;圆圆柱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。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
13、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。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。2第二强度理论(最大伸长线应变理论)第二强度理论(最大伸长线
14、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。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)发生断裂破坏的现象。铸铁在时沿横向(裂纹呈竖向)发生断裂破坏的现象。铸铁在 ,且,且 的情况下,试验结果也与该理论的计算结果相近。的情况下,试验结果也与该理论
15、的计算结果相近。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。(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
16、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
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