《航海力学 第二章 材料力学2010 5 12》由会员分享，可在线阅读，更多相关《航海力学 第二章 材料力学2010 5 12（142页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章第二章拉伸、压缩与剪切拉伸、压缩与剪切第二章拉伸、压缩与剪切第二章拉伸、压缩与剪切2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例轴向拉伸与压缩的概念和实例2.2 拉伸或压缩时的内力和横截面上的应力拉伸或压缩时的内力和横截面上的应力2.3 材料拉伸或压缩时的力学性能材料拉伸或压缩时的力学性能2.4 失效、安全系数和强度计算失效、安全系数和强度计算2.5 轴向拉伸或压缩的变形轴向拉伸或压缩的变形2.6 轴向拉伸或压缩的变形能轴向拉伸或压缩的变形能2.7 拉伸、压缩静不定问题拉伸、压缩静不定问题2.8 温度应力和装配应力温度应力和装配应力2.9 应力集中的概念应力集中的概念2.10 剪切和挤压的实用计算剪
2、切和挤压的实用计算? ?本章研究的主要内容是本章研究的主要内容是本章研究的主要内容是杆件本章研究的主要内容是杆件杆件杆件受拉受拉受拉受拉伸、压缩与剪切作用时的伸、压缩与剪切作用时的伸、压缩与剪切作用时的强度、刚伸、压缩与剪切作用时的强度、刚强度、刚强度、刚度、稳定性。度、稳定性。度、稳定性。度、稳定性。（对杆件强度、刚度和稳定性（对杆件强度、刚度和稳定性强度、刚度和稳定性强度、刚度和稳定性这三方面的要求，有时统称为这三方面的要求，有时统称为“ “强度要求强度要求强度要求强度要求” ”，而材料力学在这三方面对杆件所进行的计算和试验，而材料力学在这三方面对杆件所进行的计算和试验，统称为强度计算和强
3、度试验。统称为强度计算和强度试验。）( P13 )第二章 拉伸、压缩与剪切第二章 拉伸、压缩与剪切杆件丧失承载能力的形式：杆件丧失承载能力的形式：杆件丧失承载能力的形式：杆件丧失承载能力的形式：杆件损坏杆件损坏强度（强度（Strength）杆件变形过大杆件变形过大刚度（刚度（Stiffness）杆件不能保持原来的平衡形态杆件不能保持原来的平衡形态稳定性 （稳定性 （Stability）载荷与内力、变形的关系（载荷与应力、应变的关系）载荷与内力、变形的关系（载荷与应力、应变的关系）第二章拉伸、压缩与剪切第二章拉伸、压缩与剪切提出如下问题：提出如下问题：提出如下问题：提出如下问题：载荷与内力载荷与
4、内力或变形的关系或变形的关系1）杆件）杆件杆件杆件所承受的拉力或压力所承受的拉力或压力所承受的拉力或压力？所承受的拉力或压力？2）若）若杆件杆件杆件的材料、截面尺寸已定，杆件的材料、截面尺寸已定，杆件杆件杆件能承载此力吗？杆件能承载此力吗？3）杆件杆件杆件的材料已定，若杆件的材料已定，若杆件杆件杆件能承载此力，截面形状、尺寸？杆件能承载此力，截面形状、尺寸？4）杆件杆件杆件截面形状、尺寸已定，若杆件截面形状、尺寸已定，若杆件杆件杆件能承载此力，材料？杆件能承载此力，材料？5）杆件杆件杆件被拉或压成什么形状？杆件被拉或压成什么形状？第二章拉伸、压缩与剪切第二章拉伸、压缩与剪切一、杆件的基本变形一
5、、杆件的基本变形一、杆件的基本变形一、杆件的基本变形拉伸拉伸拉伸拉伸P P P P剪切剪切剪切剪切第二章拉伸、压缩与剪切第二章拉伸、压缩与剪切压缩压缩压缩压缩二、二、二、二、 内力内力内力内力内力的求法截面法内力的求法截面法第二章拉伸、压缩与剪切第二章拉伸、压缩与剪切2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例轴向拉伸与压缩的概念和实例一、一、轴向拉压轴向拉压轴向拉压轴向拉压杆件所受外力的作用线沿着杆件轴线，杆件横截面上将只有轴力这一个内力，杆件发生沿轴向方向的伸长或缩短变形。本章在前一章的基础上，分析轴向拉压杆的应力与变形杆件所受外力的作用线沿着杆件轴线，杆件横截面上将只有轴力这一个内力，杆件发生沿轴
6、向方向的伸长或缩短变形。本章在前一章的基础上，分析轴向拉压杆的应力与变形（强度、刚度）强度、刚度）强度、刚度）强度、刚度）。(P13 )一、一、一、一、轴向拉、压杆的内力（轴力）轴向拉、压杆的内力（轴力）（P14）2.2 拉伸或压缩时的内力和横截面上的应力拉伸或压缩时的内力和横截面上的应力轴向拉(压杆)的内力轴向拉(压杆)的内力轴力轴力FFmm取左段：取左段：FNFmm取右段：取右段：, 0=xF, 0N= FFFF =N, 0=xFFFFN轴力轴力=N, 0N=+FFFNFmmx轴力（内力）图轴力（内力）图轴力（内力）图轴力（内力）图（）（）（）（）lAxial ForcesKNKNKNNk
7、ip4N =KNKNNNkip8N=kip8N=KNKNKNKN KN例：求杆件各段的内力，并作轴力图。例：求杆件各段的内力，并作轴力图。FN2= 1.5kN1.5kNIIIIFN2FN1=2.5kNIFN1I2.5kN4kN1.5kN2.5kNIIIIIIABCFN+2.5kN1.5kN 5kN8kN4kN1kNO例： 作图示杆的轴力图。例： 作图示杆的轴力图。FNx2kN5kN1kN3kN+ 试画出杆的轴力图。试画出杆的轴力图。解：解： 1-1截面截面:, 0=xF1160NF=116(kN)NF=例：例：16kN20kN14kN18kN1116kNFN12233FNx2-2截面截面:,
8、0=xF216200NF+=N24(kN)F= 16kN20kN14kN18kN11223316kN20kNFN216kN20kN14kN18kN14kNFN33-3截面截面:, 0=xF3140NF=314(kN)NF=116(kN)NF=24(kN)NF= 314(kN)NF=33FN (kN)x 16kN20kN14kN18kN+16414要求：要求：上下对齐，标出大小，标出正负上下对齐，标出大小，标出正负116(kN)NF=24(kN)NF= 314(kN)NF=杆件的应力分析杆件的应力分析杆件的杆件的杆件的杆件的应力应力应力应力应力（应力（应力（应力（stressstress）的概念
9、的概念的概念的概念通常情况下，受力杆件不同截面上内力是不相同的，就是在同一截面各个点上内力也是不相同的。可见，在研究杆件强度时，对杆件内各个点通常情况下，受力杆件不同截面上内力是不相同的，就是在同一截面各个点上内力也是不相同的。可见，在研究杆件强度时，对杆件内各个点在研究杆件强度时，对杆件内各个点在研究杆件强度时，对杆件内各个点受力情况十分关心，要引入应力这个概念。受力情况十分关心，要引入应力这个概念。受力情况十分关心，要引入应力这个概念。受力情况十分关心，要引入应力这个概念。二、二、二、 拉伸或压缩二、 拉伸或压缩杆的应力杆的应力杆的应力杆的应力平面假设平面假设平面假设平面假设假设横截面（为
10、平面）变形后仍为平面，只是两截面的距离发生了改变。假设横截面（为平面）变形后仍为平面，只是两截面的距离发生了改变。（P16）拉伸拉伸拉伸拉伸拉（压）杆横截面上的应力拉（压）杆横截面上的应力加载前加载前1）加载变形规律试验）加载变形规律试验原为平面的横截面在变形后仍为平面，纵向纤维变形相同。原为平面的横截面在变形后仍为平面，纵向纤维变形相同。（平面假设）（平面假设）（平面假设）（平面假设）加载后加载后 PP d a cbab cd2）拉伸应力）拉伸应力FNFAFN= 轴力引起的正应力轴力引起的正应力 ： 在横截面上均布。： 在横截面上均布。危险截面：内力最大的面，截面尺寸最小的面。 危险点：应力
11、最大的点。危险截面：内力最大的面，截面尺寸最小的面。 危险点：应力最大的点。3）危险截面及最大工作应力）危险截面及最大工作应力)()(max( maxxAxFN=50MPa523541050MPa191204106002333N 32322N 211N 1=AFAFAF例：作图示杆件的轴力图，并求例：作图示杆件的轴力图，并求1-1、2-2、3-3截面的应力。截面的应力。 30 20 3550kN60kN40kN30kN1133222060 ()N kNFkN50kN6003N2N1N=FFF+例： 已知：例： 已知：AB杆为钢板条，杆为钢板条，A1= 300mm2， l1 = 1.2m， AC
12、杆为杆为10号槽钢， 两杆材料的号槽钢， 两杆材料的 E=200GPa，P=65kN，求各杆的应力。求各杆的应力。CBl1A P43解解25N6581.3kN4=13N6548.8kN4=0xF =0 yF =PN1N2PN1N23 1 16 1N48.8 10163MP300 10A=3 2 24 2N81.3 1064MP12.7 10A=242 2A12.7cm12.7 10 m=CBl1A P43（P17）AANdAdAA=(),FN( ),( )( )NNlElEA NN xxAA x= =， 虎克定律：NF内力均匀分布内力均匀分布材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能国家标准金属
13、拉伸试验方法（国家标准金属拉伸试验方法（GB228-2002）L试验条件：常温(20)；静载（缓慢地加载）试验条件：常温(20)；静载（缓慢地加载）试验仪器：万能材料试验机试验仪器：万能材料试验机拉伸试件拉伸试件试验仪器：万能材料试验机试验仪器：万能材料试验机低碳钢在拉伸时的力学性能低碳钢在拉伸时的力学性能oabcef四个阶段四个阶段1）弹性阶段ob1）弹性阶段obP比例极限比例极限E=e弹性极限弹性极限tan=E2）屈服阶段bc（失去抵 抗变形的能力）2）屈服阶段bc（失去抵 抗变形的能力） s屈服极限 3）强化阶段ce（恢复抵抗 变形的能力） 强度极限屈服极限 3）强化阶段ce（恢复抵抗
14、变形的能力） 强度极限b4）局部变形阶段ef4）局部变形阶段efPesb两个塑性指标:两个塑性指标:%100001=lll断后伸长率断面收缩率断后伸长率断面收缩率%100010=AAA%5为塑性材料为塑性材料%5 bL，铸铁抗压 性能远远大于抗拉性 能，断裂面为与轴向 大致成，铸铁抗压 性能远远大于抗拉性 能，断裂面为与轴向 大致成45o55o的滑移 面破坏。的滑移 面破坏。铸铁压缩铸铁压缩脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料( (拉拉拉拉) )max= u拉= b拉塑性材料塑性材料塑性材料塑性材料max= u= s拉压构件材料的安全判据：拉压构件材料的安全判据：脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料(
15、 (压压压压) )max= u压= b压安全因素和强度计算安全因素和强度计算拉伸性能指标拉伸性能指标强度指标强度指标强度指标强度指标: : : :屈服极限屈服极限屈服极限屈服极限强度极限强度极限强度极限强度极限塑性指标塑性指标塑性指标塑性指标: : : :断后伸长率断后伸长率断后伸长率断后伸长率断面收缩率断面收缩率断面收缩率断面收缩率材料刚度材料刚度材料刚度材料刚度: : : :弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量0s sP A=0b bP A=1000 0100ll l=0100 0100AA A=E =表几种常用材料的主要力学性能s b材料名称牌号屈服点/MPa抗拉强度 /MPa伸长率5(%)普通碳素钢 (GB/T700 1988)Q235 Q275240 280380 470 500 62025 27 19 21优质碳素钢 (GB/T699 1988)45 50360 390610 66016 13普通低合金钢 (GBT/1591 1994)Q345B Q390B280 350 3340 420480 520 500 56019 21 17 19合金结构钢 (GB/T3077 1988)40Cr（调质） 40MnB（调质）5
