第二章-拉伸、压缩与剪切.pptx
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1、第1页/共85页第2页/共85页三、变形特点三、变形特点 沿轴向伸长或缩短沿轴向伸长或缩短二、受力特点二、受力特点 外力的合力作用线与杆的轴线重合外力的合力作用线与杆的轴线重合 第3页/共85页第4页/共85页mmFF一、求内力一、求内力 设一等直杆在两端轴向拉力设一等直杆在两端轴向拉力 F F 的作用下处于平衡的作用下处于平衡,欲求杆件欲求杆件 横截面横截面 mm-m m 上的内力上的内力.2.22.2 轴向拉压横截面上的内力和应力计算轴向拉压横截面上的内力和应力计算 第5页/共85页mmFFN1.1.截面法截面法(1 1)截开)截开mmFF(2 2)代替)代替 F FN N:轴力轴力F F
2、N N =F=F(3 3)平衡)平衡FNmFm,FN,=F=F2.2.轴力符号的规定轴力符号的规定 拉为正,压为负拉为正,压为负(+)(+)第6页/共85页5010520+CABDE40kN55kN 25kN20kN例题例题 2 2:一等直杆其受力情况如图所示,作杆的轴力图:一等直杆其受力情况如图所示,作杆的轴力图.F FN N:KNKN1110kN2 22 23 33 34 44 4第7页/共85页50 例二 作图示杆件的轴力图f 30f 20f 3550kN60kN40kN30kN1133222060+第8页/共85页二、轴力图二、轴力图 用平行于杆轴线的坐标表示横截面的位置用平行于杆轴线
3、的坐标表示横截面的位置,用垂直于杆轴线用垂直于杆轴线的坐标表示横截面上的轴力数值的坐标表示横截面上的轴力数值,从而绘出表示轴力与横截面位置从而绘出表示轴力与横截面位置关系的图线关系的图线,称为轴力图称为轴力图 .将正的轴力画在将正的轴力画在x x轴上侧轴上侧,负的画在负的画在x x轴轴下侧下侧.xFNO第9页/共85页三、横截面上的正应力三、横截面上的正应力FFabcd第10页/共85页1.1.变形现象变形现象(1 1)横向线横向线abab和和cdcd仍为直线仍为直线,且仍然垂直于轴线且仍然垂直于轴线;(2 2)abab和和cdcd分别平行移至分别平行移至a abb和和cdcd,且伸长量相等且
4、伸长量相等.FFabcd(3 3)纵向线和横向线仍然垂直。)纵向线和横向线仍然垂直。第11页/共85页 2.2.平面假设平面假设 变形前原为平面的横截面变形前原为平面的横截面,在变形后仍保持为平面在变形后仍保持为平面,且仍垂直且仍垂直于轴线于轴线.3.3.内力的分布内力的分布FFN 均匀分布均匀分布第12页/共85页 式中式中,F FN N 为轴力为轴力,A A 为杆的横截面面积为杆的横截面面积,的符号与轴力的符号与轴力F FN N 的符号相同的符号相同.当轴力为正号时(拉伸)当轴力为正号时(拉伸),正应力也正应力也为正号为正号,称为拉称为拉应力应力;当轴力为负号时(压缩)当轴力为负号时(压缩
5、),正应力也正应力也为负号为负号,称为压称为压应力应力 .4.4.正应力公式正应力公式第13页/共85页第14页/共85页 图示支架,图示支架,ABAB杆为圆截面杆,杆为圆截面杆,d=30mmd=30mm,BCBC杆为正方形截面杆,其边长杆为正方形截面杆,其边长a=60mma=60mm,P=10KNP=10KN,试求,试求ABAB杆和杆和BCBC杆横截面上的正应力。杆横截面上的正应力。例例1 1FNABFNBCCdABFa第15页/共85页计算图示结构计算图示结构BCBC和和CDCD杆横截面上的正应力值。杆横截面上的正应力值。已知已知CDCD杆为杆为2828的圆钢,的圆钢,BCBC杆为杆为22
6、22的圆钢。的圆钢。20kN18kNDEC30OBA4m4m1m例例 2 2 FNBC以AB杆为研究对像以CE为研究对像FNCD第16页/共85页FkkF1.1.斜截面上的应力斜截面上的应力FkkFp 以以 p p 表示斜截面表示斜截面 k k-k k上的上的 应力,于是有应力,于是有2.3 2.3 轴向拉压斜截面上的应力轴向拉压斜截面上的应力第17页/共85页沿截面法线方向的正应力沿截面法线方向的正应力 沿截面切线方向的切应力沿截面切线方向的切应力 将应力将应力 p p 分解为两个分量:分解为两个分量:p p FkkFFkkxnp 第18页/共85页(1 1)角角2.2.符号的规定符号的规定
7、(2 2)正应力)正应力拉伸为正拉伸为正压缩为负压缩为负(3 3)切应力)切应力 对研究对象任一点取矩对研究对象任一点取矩p p FkkFFkkxnp顺时针为正顺时针为正逆时针为负逆时针为负逆时针时逆时针时 为正号为正号顺时针时顺时针时 为负号为负号自自 x x 转向转向 n n 第19页/共85页(1 1)当)当 =0=0 时时,(2 2)当)当 =45=45时,时,(3 3)当)当 =-45=-45 时,时,(4 4)当)当 =90=90时,时,讨讨 论论xnFkk 第20页/共85页2.2.试验条试验条件件 2.4 材料在拉伸和压缩时的力学性能 一、实验方法一、实验方法(1 1)常温常温
8、:室内温度室内温度(2 2)静载静载:以缓慢平稳的方式加载以缓慢平稳的方式加载(3 3)标准试件:采用国家标准统一规定的试件)标准试件:采用国家标准统一规定的试件1.1.试验设备试验设备 万能试验机万能试验机力学性质: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第21页/共85页二、拉伸试验二、拉伸试验二、拉伸试验二、拉伸试验 先在试样中间等直部分上先在试样中间等直部分上划两条横线这一段长度称为划两条横线这一段长度称为标标距距 l ll l=10=10d d 或或 l l=5=5d d 1.1.低碳钢拉伸时的力学性能低碳钢拉伸时的力学性能(1 1)拉伸试样)拉伸试样第22页/共85页(2
9、 2)拉伸图拉伸图 (F F-l l 曲线曲线)拉伸图与试样的尺寸有关拉伸图与试样的尺寸有关.为了消除试样尺寸的影响,把为了消除试样尺寸的影响,把拉力拉力F F除以试样的除以试样的原始面积原始面积A A,得正应力;同时把得正应力;同时把 l l 除以标距除以标距的的原始长度原始长度l l ,得到应变,得到应变.表示表示F F和和 l l关系的曲线,关系的曲线,称为称为拉伸图拉伸图 FOlefhabcddgfl0第23页/共85页 p(3 3)应力应变图)应力应变图 表示应力和表示应力和应变关系应变关系的曲线,称为的曲线,称为应力应力-应变图应变图 (a a)弹性阶段弹性阶段 试样的变形完全弹性
10、的试样的变形完全弹性的.b b点是弹性阶段的最高点点是弹性阶段的最高点.比例极限比例极限fOfh a pfOfh ab e弹性弹性极限极限此阶段内的直线段材料满足此阶段内的直线段材料满足胡克定律胡克定律E:拉压弹性模量(GPa)第24页/共85页(b b)屈服阶段屈服阶段c c点为屈服极限点为屈服极限 屈服屈服极限极限 s b e pfOfh abce 低碳钢低碳钢第25页/共85页 s b(c c)强化阶段)强化阶段 过屈服阶段后,材料又恢过屈服阶段后,材料又恢复了抵抗变形的能力,复了抵抗变形的能力,要使它要使它继续变形必须增加拉力继续变形必须增加拉力.这种现这种现象称为材料的象称为材料的强
11、化强化 e e点是强化阶段的最高点点是强化阶段的最高点 强度强度极限极限 e pfOfh abce第26页/共85页(d d)局部变形阶段局部变形阶段 过过e e点后,试样在某一段点后,试样在某一段内的横截面面积显箸地收缩,内的横截面面积显箸地收缩,出现出现 颈缩颈缩 现象,一直到试样现象,一直到试样被拉断被拉断.s b e pfOfh abce第27页/共85页(4 4)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 若加载到强化阶段的某一点若加载到强化阶段的某一点d d 停止加载停止加载,并逐渐卸载并逐渐卸载,在卸载在卸载过程中过程中,载荷与试样伸长量之间载荷与试样伸长量之间遵循直
12、线关系的规律称为材料的遵循直线关系的规律称为材料的卸载定律卸载定律 abcdefOdgfh e e p pde-e-弹性应变弹性应变p-p-塑性应变塑性应变第28页/共85页 在常温下把材料预拉到在常温下把材料预拉到强化阶段然后卸载强化阶段然后卸载,当再次当再次加载时加载时,试样在线弹性范围试样在线弹性范围内所能承受的最大荷载将增内所能承受的最大荷载将增大大.这种现象称为冷作硬化这种现象称为冷作硬化冷作硬化冷作硬化abcdefOdgfh e e p pd第29页/共85页 试样拉断后,试样的长度由试样拉断后,试样的长度由 l l 变为变为 l l1 1,横截面面积原为,横截面面积原为 A A
13、,断口处的最小横截面面积为断口处的最小横截面面积为 A A1 1.断面收缩率断面收缩率 伸长率伸长率 5%5%的材料,称作的材料,称作塑性材料塑性材料 5%5%的材料,称作的材料,称作脆性材料脆性材料 (5 5)伸长率和断面收缩率)伸长率和断面收缩率低碳钢的为塑性材料第30页/共85页根据图示三种材料拉伸时的应力应变曲线,得出如下四种结论,请判断哪一个是正确的:(A)强度极限 (1)(2)(3);弹性模量 E(1)E(2)E(3);延伸率 (1)(2)(3);(B)强度极限 (2)(1)(3);弹性模量 E(2)E(1)E(3);延伸率 (1)(2)(3);(C)强度极限 (3)(1)(2);
14、弹性模量 E(3)E(1)E(2);延伸率 (3)(2)(1);(D)强度极限 (1)(2)(3);弹性模量 E(2)E(1)E(3);延伸率 (2)(1)(3);正确答案是()第31页/共85页 对于没有明显屈服阶段的塑性材料,用名义屈服极限p0.2来表示。2 其它塑性材料拉伸时的力学性质第32页/共85页3.3.铸铁拉伸时的力学性能铸铁拉伸时的力学性能-铸铁拉伸强度铸铁拉伸强度极限极限 割线斜率割线斜率O (约为140MPa)铸铁铸铁第33页/共85页三、材料压缩时的力学性能三、材料压缩时的力学性能 1.1.实验试样实验试样 2.2.低碳钢压缩时的低碳钢压缩时的-曲线曲线dhF FF FF
15、 FF F第34页/共85页 sO 压缩的实验结果表明压缩的实验结果表明 低碳钢压缩时的弹性低碳钢压缩时的弹性模量模量E E屈服极限屈服极限 s s都与拉都与拉伸时大致相同伸时大致相同.屈服阶段后屈服阶段后,试样越试样越压越扁压越扁,横截面面积不横截面面积不断增大断增大,试样不可能被试样不可能被压断压断,因此得不到压缩因此得不到压缩时的强度极限时的强度极限.第35页/共85页3.3.3.3.铸铁压缩时的铸铁压缩时的铸铁压缩时的铸铁压缩时的s s s s-e e e e曲线曲线曲线曲线O 铸铁的抗压强度极限是抗拉强度铸铁的抗压强度极限是抗拉强度极限的极限的4 45 5倍倍.第36页/共85页第3
16、7页/共85页 工作应力的最大允许值。用工作应力的最大允许值。用 表示表示.2.2.许用应力许用应力1.1.极限应力极限应力2.7 2.7 失效、失效、安全因数和强度计算安全因数和强度计算 n n 安全因数安全因数 塑性材料塑性材料 脆性材料脆性材料 材料的两个强度指标材料的两个强度指标 s s 和和 b b 称作极限应力或危险应力称作极限应力或危险应力,并用并用 u u 表示表示.第38页/共85页3.3.强度条件强度条件 杆内的最大工作应力不超过材料的许用应力杆内的最大工作应力不超过材料的许用应力1 1)数学表达式)数学表达式2 2)强度条件的应用)强度条件的应用(2 2)设计截面)设计截
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- 第二 拉伸 压缩 剪切
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