工力第8章-轴向拉伸与压缩-材料力学课件.ppt
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1、第 8 章轴向拉伸与压缩 拉压杆的内力、应力与强度计算拉压杆的内力、应力与强度计算 材料在拉伸与压缩时的力学性能材料在拉伸与压缩时的力学性能 轴向拉压变形轴向拉压变形分析分析 简单拉压静不定问题简单拉压静不定问题分析分析 连接部分的强度计算连接部分的强度计算本章主要研究:单辉祖:工程力学(材料力学)111 引言引言22 轴力与轴力图轴力与轴力图33 拉压杆的应力与圣维南原理拉压杆的应力与圣维南原理44 材料在拉伸与压缩时的力学性能材料在拉伸与压缩时的力学性能5 5 应力集中概念应力集中概念6 6 失效、失效、许用应力与强度条件许用应力与强度条件77 胡克定律与拉压杆的变形胡克定律与拉压杆的变形
2、88 简单拉压静不定问题简单拉压静不定问题9 9 连接部分的强度计算连接部分的强度计算10 10 应变能概念应变能概念单辉祖:工程力学(材料力学)21 引 言 轴向拉压轴向拉压轴向拉压轴向拉压实例实例实例实例 轴向拉压轴向拉压轴向拉压轴向拉压及其特点及其特点及其特点及其特点单辉祖:工程力学(材料力学)3 轴向拉压轴向拉压实例实例单辉祖:工程力学(材料力学)42 轴力与轴力图 轴力轴力轴力轴力 轴力计算轴力计算轴力计算轴力计算 轴力图轴力图轴力图轴力图 例题例题例题例题单辉祖:工程力学(材料力学)6 轴轴 力力符号规定:拉力为正拉力为正,压力为负压力为负轴力定义:通过横截面形心并沿杆件轴线的内力
3、通过横截面形心并沿杆件轴线的内力单辉祖:工程力学(材料力学)7 轴力计算轴力计算试分析杆的轴力试分析杆的轴力要点:逐段分析轴力;设正法求轴力要点:逐段分析轴力;设正法求轴力(F1=F,F2=2F)单辉祖:工程力学(材料力学)8 例例 题题例 2-1 2-1 等直杆等直杆BC,横截面面积为横截面面积为A,材料密度为材料密度为r r,画杆画杆的轴力图的轴力图,求最大轴力求最大轴力解:1.轴力计算轴力计算2.轴力图与最大轴力轴力图与最大轴力轴力图为直线轴力图为直线单辉祖:工程力学(材料力学)103 拉压杆的应力与圣维南原理 拉压杆横截面上的应力拉压杆横截面上的应力拉压杆横截面上的应力拉压杆横截面上的
4、应力 拉压杆斜截面上的应力拉压杆斜截面上的应力拉压杆斜截面上的应力拉压杆斜截面上的应力 圣维南原理圣维南原理圣维南原理圣维南原理 例题例题例题例题单辉祖:工程力学(材料力学)11单辉祖:工程力学(材料力学)132.斜截面斜截面应力计算应力计算单辉祖:工程力学(材料力学)153.最大应力分析最大应力分析4.正负符号规定正负符号规定a a :以以x 轴为始边,逆时针转向轴为始边,逆时针转向者者为正为正 t t :斜截面外法线斜截面外法线On沿顺时针方向旋转沿顺时针方向旋转9090,与,与 该方向同向之切应力为正该方向同向之切应力为正 最大正应力发生在杆件横截面上,其值为最大正应力发生在杆件横截面上
5、,其值为s s0 最大切应力发生在杆件最大切应力发生在杆件45斜截面上斜截面上,其值为其值为s s0/2单辉祖:工程力学(材料力学)16圣维南原理 力作用于杆端的分布方式,只影响杆端局部范围的应力分布,影响区约距杆端 12 倍杆的横向尺寸杆端镶入底座,横杆端镶入底座,横向变形受阻,应力向变形受阻,应力非均匀分布非均匀分布应力均布区应力均布区应力非应力非均布区均布区应力非应力非均布区均布区单辉祖:工程力学(材料力学)18 例例 题题例 3-1 已知:已知:F=50 kN,A=400 mm2 试求:试求:斜斜截面截面 m-m 上的应力上的应力 解:1 1.轴力与横截面应力轴力与横截面应力单辉祖:工
6、程力学(材料力学)192.斜截面斜截面 m-m 上的上的应力应力单辉祖:工程力学(材料力学)20单辉祖:工程力学(材料力学)214 材料在拉伸与压缩时的力学性能 拉伸试验与应力应变图拉伸试验与应力应变图拉伸试验与应力应变图拉伸试验与应力应变图 低碳钢的低碳钢的低碳钢的低碳钢的拉伸力学性能拉伸力学性能拉伸力学性能拉伸力学性能 其它材料的其它材料的其它材料的其它材料的拉伸力学性能拉伸力学性能拉伸力学性能拉伸力学性能 材料压缩时的力学性能材料压缩时的力学性能材料压缩时的力学性能材料压缩时的力学性能单辉祖:工程力学(材料力学)22拉伸试验 试验装置试验装置单辉祖:工程力学(材料力学)24 拉伸试验与应
7、力应变图拉伸试验与应力应变图应力应变图应力应变图单辉祖:工程力学(材料力学)25 低碳钢的低碳钢的拉伸力学性能拉伸力学性能滑移线滑移线加载过程与力学特性低碳钢低碳钢Q235单辉祖:工程力学(材料力学)26卸载与再加载规律e e p塑性应变塑性应变s s e弹性极限弹性极限e e e 弹性应变弹性应变冷作硬化:冷作硬化:由于预加塑性变形由于预加塑性变形,使使s s e 或或s s p 提高的现象提高的现象单辉祖:工程力学(材料力学)28材料的塑性 伸长率伸长率l试验段原长(标距)试验段原长(标距)D Dl0试验段残余变形试验段残余变形 塑性塑性 材料能经受较大塑性变形而不破坏的能力材料能经受较大
8、塑性变形而不破坏的能力单辉祖:工程力学(材料力学)29 其它材料的拉伸力学性能其它材料的拉伸力学性能e e/%/%s s/MPa30铬锰硅钢铬锰硅钢50钢钢硬铝硬铝塑性金属材料拉伸s s 0.2名义屈服极限名义屈服极限单辉祖:工程力学(材料力学)31灰口铸铁拉伸断口与轴线垂直断口与轴线垂直单辉祖:工程力学(材料力学)32纤维增强复合材料拉伸 各向异性各向异性 线弹性线弹性 脆性材料脆性材料碳纤维碳纤维/环氧树脂基体环氧树脂基体单辉祖:工程力学(材料力学)33 材料压缩时的力学性能材料压缩时的力学性能低碳钢压缩愈压愈扁愈压愈扁单辉祖:工程力学(材料力学)34灰口铸铁压缩(s sb)c=3 4(s
9、 sb)t断口与轴线约成断口与轴线约成45o单辉祖:工程力学(材料力学)355 应力集中概念 应力集中与应力集中因数应力集中与应力集中因数应力集中与应力集中因数应力集中与应力集中因数 交变应力与材料疲劳概念交变应力与材料疲劳概念交变应力与材料疲劳概念交变应力与材料疲劳概念 应力集中对构件强度的影响应力集中对构件强度的影响应力集中对构件强度的影响应力集中对构件强度的影响单辉祖:工程力学(材料力学)36 应力集中与应力集中因数应力集中与应力集中因数由于截面急剧变化引起应力局部增大现象由于截面急剧变化引起应力局部增大现象应力集中应力集中应力集中单辉祖:工程力学(材料力学)37单辉祖:工程力学(材料力
10、学)38单辉祖:工程力学(材料力学)39N应力循环数应力循环数s s/MPas sbs ss疲劳破坏在交变应力作用下,材料或构件产生可见在交变应力作用下,材料或构件产生可见裂纹或完全断裂的现象裂纹或完全断裂的现象,称为,称为 疲劳破坏在在循环循环应力作用下应力作用下,虽然小于强度极限,虽然小于强度极限,但经历应但经历应力的多次循环后,构件将力的多次循环后,构件将产生可见裂纹或完全断裂产生可见裂纹或完全断裂钢拉伸疲劳断裂钢拉伸疲劳断裂单辉祖:工程力学(材料力学)40 应力集中对构件强度的影响应力集中对构件强度的影响 应力集中促使疲劳裂纹的形成与扩展应力集中促使疲劳裂纹的形成与扩展,对构件(塑对构
11、件(塑性与脆性材料)的疲劳强度影响极大性与脆性材料)的疲劳强度影响极大 对于塑性材料构件,当对于塑性材料构件,当s smax达到达到s ss 后再增加载荷,后再增加载荷,s s 分布趋于均匀化,不影响构件静强度分布趋于均匀化,不影响构件静强度 对于脆性材料构件,当对于脆性材料构件,当 s smaxs sb 时,构件断裂时,构件断裂单辉祖:工程力学(材料力学)416 许用应力与强度条件 失效与许用应力失效与许用应力失效与许用应力失效与许用应力 轴向拉压轴向拉压轴向拉压轴向拉压强度条件强度条件强度条件强度条件 例题例题例题例题单辉祖:工程力学(材料力学)42 失效与许用应力失效与许用应力断裂与屈服
12、,相应极限应力断裂与屈服,相应极限应力构件工作应力的最大容许值构件工作应力的最大容许值n 1 安全因安全因数数静荷失效许用应力单辉祖:工程力学(材料力学)43 轴向拉压轴向拉压强度条件强度条件保证保证拉压杆不致因强度不够而破坏的条件拉压杆不致因强度不够而破坏的条件校核强度校核强度 已知杆外力、已知杆外力、A与与 s s,检查杆能否安全工作检查杆能否安全工作截面设计截面设计 已知杆外力与已知杆外力与 s s,确定确定杆所需杆所需横截面面积横截面面积确定承载能力确定承载能力 已知杆已知杆A与与 s s,确定杆能承受的确定杆能承受的FN,max常见强度问题类型强度条件-变截面变轴力拉压杆变截面变轴力
13、拉压杆-等截面拉压杆等截面拉压杆单辉祖:工程力学(材料力学)44 例例 题题例 6-1 图示吊环,最大吊重图示吊环,最大吊重 F=500 kN,许用应力许用应力s s=120 MPa,夹角夹角a a=20。试确定斜杆的直径试确定斜杆的直径 d。解:1.问题分析问题分析轴力分析轴力分析应力分析应力分析根据强度条件确定直径根据强度条件确定直径单辉祖:工程力学(材料力学)452.轴力分析轴力分析3.应力计算应力计算4.确定直径确定直径 d单辉祖:工程力学(材料力学)46例 6-2 已知已知 A1=A2=100 mm2,s st=200 MPa,s sc=150 MPa 试求载荷试求载荷F的许用值的许
14、用值许用载荷许用载荷 F 解:1.轴力分析轴力分析单辉祖:工程力学(材料力学)472.应力分析应力分析3.确定确定F单辉祖:工程力学(材料力学)48例 6-3 已知:已知:l,h,F(0 x l),AC为刚性梁为刚性梁,斜撑杆斜撑杆 BD 的许用应力为的许用应力为 s s 试求:试求:为使杆为使杆 BD 重量最轻重量最轻,q q 的最佳值的最佳值斜撑杆斜撑杆解:1.问题分析问题分析单辉祖:工程力学(材料力学)492.斜撑杆受力分析斜撑杆受力分析3.q q 最佳值的最佳值的确定确定单辉祖:工程力学(材料力学)507 胡克定律与拉压杆的变形 轴向变形与胡克定律轴向变形与胡克定律轴向变形与胡克定律轴
15、向变形与胡克定律 横向变形与泊松比横向变形与泊松比横向变形与泊松比横向变形与泊松比 叠加原理叠加原理叠加原理叠加原理 例题例题例题例题单辉祖:工程力学(材料力学)51 胡克定律与杆的轴向变形胡克定律与杆的轴向变形实验表明:当实验表明:当s s s sp 时,时,引入比例常数引入比例常数E胡克定律在比例极限内,正应力与正应变成正比在比例极限内,正应力与正应变成正比胡克定律E弹性模量弹性模量,其量纲与应力相同,常用单位为,其量纲与应力相同,常用单位为GPa单辉祖:工程力学(材料力学)52轴向变形公式EA-杆截面的杆截面的 拉压刚度拉压刚度在比例极限内,拉压杆的轴向变形在比例极限内,拉压杆的轴向变形
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- 工力 轴向 拉伸 压缩 材料力学 课件
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