《材料的力学性质 拉压杆的强度计算（2011版）课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料的力学性质 拉压杆的强度计算（2011版）课件（92页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章（目录）,材料力学,第三章 材料的力学性质,拉压杆的强度计算,3.1 应力应变曲线,3.2 高温下材料的性质*,3.3 加载速率对材料力学性质的影响*,3.4 材料的疲劳强度*,3.5 许用应力和安全因数,3.6 轴向拉压杆的强度及变形计算,3.7 简单拉压超静定问题,3.8 剪切和挤压的实用计算,第三章 材料的力学性质 拉压杆的强度计算,3.1 应力应变曲线（目录）,3.1 应力应变曲线,一、标准试样,三、低碳钢在拉伸与压缩时的应力应变曲线,四、灰铸铁在拉伸与压缩时的应力应变曲线,五、脆性材料在桥中的应用,二、试验设备,3.1 应力应变曲线,试验条件,材料的力学性能,变形与破坏等方面的
2、特性,试验条件：,2.加载方式：静载，动载。,低碳钢和灰铸铁是力学性能比较典型的常用工程材料,在载荷作用下材料所表现出的,1.环境温度：常温(室温)，高温，低温。,3.1 应力应变曲线,一、标准试样,一、标准试样,采用标准试样的目的：,为了比较不同材料的力学性能,3.1 应力应变曲线,一、标准试样（1.拉伸试样圆形截面试样）,1.拉伸试样,l 标距,(1)圆形截面,一、标准试样,3.1 应力应变曲线,一、标准试样（1.拉伸试样矩形截面试样）,一、标准试样,(2)矩形截面,l 标距,或,1.拉伸试样,3.1 应力应变曲线,一、标准试样（2.压缩试样）,(1)短圆柱形,(2) 立方形,2.压缩试样
3、,l = 1.5 3.0 d,一、标准试样,3.1 应力应变曲线,二、试验设备（1）液压万能材料试验机）,二、试验设备,液压万能材料试验机,3.1 应力应变曲线,二、试验设备（2）电子万能材料试验机）,二、试验设备,电子万能材料试验机,3.1 应力应变曲线,二、试验设备（2）电子万能材料试验机拉伸试验）,二、试验设备,3.1 应力应变曲线,三、低碳钢在拉伸时的应力应变曲线（1）拉伸图）,三、低碳钢在拉伸与压缩时的应力应变曲线,1.低碳钢在拉伸时的应力应变曲线,(1)拉伸图(载荷变形图、F l 图),3.1 应力应变曲线,三、低碳钢在拉伸时的应力应变曲线（1）拉伸图的改造）,F l 图与 A 和
4、 l 有关,反映某根试样在某一标距下的力学性能,材料的力学性能应与试样的几何尺寸无关,将载荷变形图改造成应力应变图,3.1 应力应变曲线,三、低碳钢在拉伸时的应力应变曲线（2）应力应变曲线）,( 曲线),取：,(2)应力应变曲线,做法：,3.1 应力应变曲线,二、低碳钢在拉伸时的应力应变曲线（2）应力应变曲线）,( 曲线),取：,(2)应力应变曲线,做法：,三、低碳钢在拉伸时的应力应变曲线（2）应力应变曲线）,3.1 应力应变曲线,变形过程的四各阶段（a.弹性阶段胡克定律）,a.弹性阶段(Ob),线弹性阶段(Oa),变形过程的四个阶段：,应力与应变成正比,即：,胡克定律,3.1 应力应变曲线,
5、变形过程的四各阶段（a.弹性阶段比例极限和弹性极限）,a.弹性阶段(Ob),线弹性阶段(Oa),比例极限(p)线弹性阶段最高点 a 所对应的应力值,变形过程的四个阶段：,弹性极限(e)弹性阶段最高点 b 所对应的应力值,3.1 应力应变曲线,变形过程的四各阶段（b.屈服性阶段）,屈服应力(s)屈服阶段除初始最低点外的最低点 d,变形过程的四个阶段：,b.屈服阶段(be),所对应的应力值，又称为屈服点,(流动阶段),3.1 应力应变曲线,变形过程的四各阶段（b.屈服阶段划移线）,变形过程的四个阶段：,b.屈服阶段(be),(流动阶段),3.1 应力应变曲线,变形过程的四各阶段（c.强化阶段）,抗
6、拉强度(b)强化阶段最高点 g 所对应的应力值,变形过程的四个阶段：,c.强化阶段(eg),3.1 应力应变曲线,变形过程的四各阶段（d.颈缩阶段）,d.颈缩阶段(gh)：,变形过程的四个阶段：,(局部变形阶段),3.1 应力应变曲线,两个现象（卸载定律和冷作硬化）,在强化阶段卸载时,(3)两个现象,即：,使材料的比例极限提高，塑性变形减小的现象,2.冷作硬化,卸载时的应力与应变成线性关系,1.卸载定律,3.1 应力应变曲线,两个塑性指标（a.断后伸长率）,(4)两个塑性指标,a.断后伸长率,规定：, = 10 5%的材料为脆性材料,低碳钢： = 20 30%, = 10 5%的材料为塑性材料
7、,反映纵向塑性变形程度的量值,试验前,断裂后,3.1 应力应变曲线,两个塑性指标（a.断后伸长率）,(4)两个塑性指标,试验前,断裂后,b.断面收缩率,低碳钢： = 60 70%,反映横截面的塑性收缩程度的量值,3.1 应力应变曲线,2.低碳钢在压缩时的应力应变曲线,2.低碳钢在压缩时的应力应变曲线,3.1 应力应变曲线,四、灰铸铁在拉伸与压缩时的应力应变曲线,四、灰铸铁在拉伸与压缩时的应力应变曲线,脆性材料的抗压强度大于抗拉强度,3.1 应力应变曲线,五、脆性材料在桥中的应用（桥1）,五、脆性材料在桥中的应用(合肥),3.1 应力应变曲线,五、脆性材料在桥中的应用（桥2照片1）,五、脆性材料
8、在桥中的应用(安徽歙县),歙县紫阳桥：建于明代，长：120m,3.1 应力应变曲线,五、脆性材料在桥中的应用（桥2照片2 ）,五、脆性材料在桥中的应用(安徽歙县),3.1 应力应变曲线,五、脆性材料在桥中的应用（桥2照片3 ）,五、脆性材料在桥中的应用(安徽歙县),3.1 应力应变曲线,五、脆性材料在桥中的应用（桥2照片4 ）,五、脆性材料在桥中的应用(安徽歙县),3.1 应力应变曲线,五、脆性材料在桥中的应用（桥2照片5 ）,五、脆性材料在桥中的应用(安徽歙县),3.1 应力应变曲线,五、脆性材料在桥中的应用（桥2照片5 ）,五、脆性材料在桥中的应用(江西婺源),3.1 应力应变曲线,五、脆
9、性材料在桥中的应用（桥2照片5 ）,五、脆性材料在桥中的应用(江西婺源),3.1 应力应变曲线,五、脆性材料在桥中的应用（桥2照片5 ）,五、脆性材料在桥中的应用(江西婺源),3.1 应力应变曲线,五、脆性材料在桥中的应用（桥2照片5 ）,五、脆性材料在桥中的应用(江西婺源),3.1 应力应变曲线,五、脆性材料在桥中的应用（桥2照片5 ）,五、脆性材料在桥中的应用(江西婺源),3.1 应力应变曲线,五、脆性材料在桥中的应用（桥2照片5 ）,五、脆性材料在桥中的应用(江西婺源),第三章 材料的力学性质 拉压杆的强度计算,3.5 许用应力和安全因数（目录）,3.5 许用应力和安全因数,一、失效的概
10、念,二、危险截面与极限应力,三、许用应力与安全因数,3.5 许用应力和安全因数,一、失效的概念,一、失效的概念,2.塑性屈服,3.压杆失稳,失效的形式：,1.脆性断裂,失效,构件不能正常工作的现象,4.疲劳断裂,3.5 许用应力和安全因数,二、危险截面与极限应力（1.几个名词）,二、危险截面与极限应力,危险截面,极限应力(u),最大工作应力(max),应力,1.几个名词,由于载荷引起的构件内的最大,最大工作应力所在的横截面,材料达到失效时的应力值,3.5 许用应力和安全因数,二、危险截面与极限应力（2.极限应力的选取）,2.极限应力的选取,低碳钢,铸铁,3.5 许用应力和安全因数,三、许用应力
11、与安全因素,三、许用应力与安全因数,安全因数( n ),许用应力(),反映了安全与经济之间的矛盾,即:,显然，n1，根据材料的性能与工程等级等因素而定,保证材料安全工作的最大应力值,保证材料安全工作的安全储备,第三章 材料的力学性质 拉压杆的强度计算,3.6 轴向拉压杆的强度及变形计算（目录）,3.6 轴向拉压杆的强度及变形计算,一、强度条件,二、强度计算的三类问题,三、变形的计算,3.6 轴向拉压杆的强度及变形计算,一、强度条件,一、强度条件,对于等直杆,3.6 轴向拉压杆的强度及变形计算,二、强度计算的三类问题,二、强度计算的三类问题,2.选择截面：,1.校核强度：,3.确定最大(许用)载
12、荷：,已知 、F 和 A，检验,已知 和 F ，求,已知 和 A，求,3.6 轴向拉压杆的强度及变形计算,例1（1.求轴力；2.求截面积）,例1 某冷镦机的曲柄滑块机构如图所示。镦压时,连杆,解：,1.求轴力,AB在水平位置。已知：h=1.4b, =90MPa,F=3780kN,由,2.求横截面面积,不计自重。试确定连杆的矩形截面尺寸。,，得到,3.6 轴向拉压杆的强度及变形计算,例1（3.确定截面尺寸）,3确定横截面的尺寸,得到,所以,由,例1 某冷镦机的曲柄滑块机构如图所示。镦压时,连杆,解：,AB在水平位置。已知：h=1.4b, =90MPa,F=3780kN,不计自重。试确定连杆的矩形
13、截面尺寸。,3.6 轴向拉压杆的强度及变形计算,三、变形的计算,三、变形的计算,3.6 轴向拉压杆的强度及变形计算,例2（1.求内力）,例2 已知: l=2m, d=25mm, P=100kN, =30, E=210GPa,解：,1.求内力,求A。,求得,取节点A为研究对象,3.6 轴向拉压杆的强度及变形计算,例2（2.求变形，3.求位移）,2.求变形,3.求位移,例2 已知: l=2m, d=25mm, P=100kN, =30, E=210GPa,解：,求A。,第三章 材料的力学性质 拉压杆的强度计算,3.7 简单拉压超静定问题（目录）,3.7 简单拉压超静定问题,一、超静定问题的概念,二
14、、超静定问题的一般解法,三、温度应力,四、装配应力,3.7 简单拉压超静定问题,一、超静定问题的概念（静定问题）,一、超静定问题的概念,平面力系：,平衡方程数：,未知约束力数：,1 2 2,1 2 2,共线力系 汇交力 平行力系,3.7 简单拉压超静定问题,一、超静定问题的概念（超静定问题）,一、超静定问题的概念,平衡方程数：,未知约束力数：,1 2 2,2 3 4,平面力系：,共线力系 汇交力 平行力系,3.7 简单拉压超静定问题,一、超静定问题的概念（几个名词）,静 定 问 题约束反力或内力可以仅由平衡方程,求得的问题,即：,静 定 问 题未知力数等于平衡方程数,超静定次数未知力数 减 平
15、衡方程数,超静定问题约束反力或内力不能仅由平衡方程,求得的问题,超静定问题未知力数多于平衡方程数,(即多余约束数),(静不定问题),多余约束数仅就平衡来说是不必要的约束,3.7 简单拉压超静定问题,二、超静定问题的一般解法,二、超静定问题的一般解法,(1) 列出平衡方程；,(3) 列出物理方程(即胡克定律)；,(2) 根据杆或杆系的变形几何关系，建立变形几何方程,(变形协调方程、变形协调条件)；,(4) 联立求解。,3.7 简单拉压超静定问题,例3（1.平衡方程；2.几何方程；3.物理方程）,例3 图示两端固定直杆，已知：F， l1，E1，A1，l2，,解：为一次超静定问题,1.静力平衡方程,
16、E2， A2，求：FAy，FBy。,2.变形几何方程,(1),(2),3.物理方程,(3),3.7 简单拉压超静定问题,例3（4.联立求解；讨论）,4.联立求解，得到,讨论：当E1= E2，A1= A2时,超静定问题的特点：,未知力不仅与载荷的大小有关，,还与载荷的作用位置以及杆的材料和截面尺寸有关。,例3 图示两端固定直杆，已知：F， l1，E1，A1，l2，,E2， A2，求：FAy，FBy。,3.7 简单拉压超静定问题,三、温度应力（1.温度应力的概念）,三、温度应力,1.温度应力的概念,静定结构：,超静定结构：,温度应力由于温度的变化所产生的应力,是一种初应力,初 应 力在载荷作用前构件内已经具有的应力,3.7 简单拉压超静定问题,三、温度应力（2.计算方法）,三、温度应力,2.计算方法,按超静定问题求解,物理方程应考虑温度对变形的影响，即,式中 材料的线膨胀系数,T = T2 - T1温度的改变量,l 杆的长度,3.7 简单拉压超静定问题,四、装配应
