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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料的剪切应力拉伸、压缩与剪切1基本概念及知识要点基本概念轴力、拉应力、力学性能、强度失效、拉压变形、胡克定律、应变、变形能、静不定问题、剪切、挤压。以上概念是进行轴向拉压及剪切变形分析的基础，应准确掌握和理解这些基本概念。轴向拉压的内力、应力及变形1横截面上的内力：由截面法求得横截面上内力的合力沿杆的轴线方向，故定义为轴力FN，符号规定：拉力为正，压力为负。工程上常以轴力图表示杆件轴力沿杆长的变化。2轴力在横截面上均匀分布，引起了正应力，其值为?FNA正应力的符号规定：拉应力为正，
2、压应力为负。常用的单位为MPa、Pa。3强度条件强度计算是材料力学研究的主要问题之一。轴向拉压时，构件的强度条件是?FNA?可解决三个方面的工程问题，即强度校核、设计截面尺寸及确定许用载荷。4胡克定律线弹性范围内，杆的变形量与杆截面上的轴力FN、杆的长度l成正比，与截面尺寸A成反比；或描述为线弹性范围内，应力应变成正比，即?l?FNlEA?E?式中的E称为材料的弹性模量，EA称为抗拉压刚度。胡克定律揭示在比例极限内，应力和应变成正比，是材料力学最基本的定律之一，一定要熟练掌握。材料在拉压时的力学性能材料的力学性能的研究是解决强度和刚度问题的一个重要方面。材料力学性能的研究一般是通过实验方法实现
3、的，其中拉压试验是最主要、最基本的一种试验，由它所测定的材料性能指标有：E材料抵抗弹性变形能力的指标；?s,?b材料的强度指标；?,?材料的塑性指标。低碳钢的拉伸试验是一个典型的试验。详见教材，应理解本部分知识。简单拉压静不定问题1未知力的个数超过静力平衡方程个数的问题为静不定问题，其中未知力可以是结构的约束反力或构件的内力。2解决静不定问题，除列出静力平衡方程外，还需列出一定数量的补充方程，这些补充方程可由结构各部分变形之间的几何关系以及变形和力之间的物理关系求得，将补充方程和静力平衡方程联立求解，即可得出全部未知力。3静不定结构还有一个特性，即由于杆件在制造中的误差，将引起装配应力；由于温
4、度变化会引起温度应力。应力集中的概念工程实际中，由于结构上和使用上的需要，有些零件必须有切口、切槽和螺纹等。在构件尺寸的突变处，发生局部应力急剧增加的现象，称为应力集中现象。剪切和挤压的实用计算1工程中经常使用到联接件，如铆钉、销钉、键或螺栓等。联接件一般受剪切作用，并伴随有挤压作用，因而联接件应同时满足剪切强度和挤压强度。有时还要考虑被联接部分的拉伸强度问题。2两作用外力之间发生相互错动的面称为剪切面。剪切面上的切应力为?FsA，其中Fs为剪力，A为剪切面的面积，即假设切应力在剪切面上均匀分布。剪切强度条件?FsA?3产生相互挤压的表面称为挤压面。挤压面上的挤压应力为?bs?FAbs，式中F
5、为挤压力，Abs为挤压面积，即假设挤压应力在挤压面上均匀分布。挤压强度条件为?bs?FAbs?bs?2重点与难点及解析方法轴向拉压的应力、强度计算及变形计算强度计算是本章的重点内容，它能够解决三类工程问题。而胡克定律是联系力与变形的基本定律，应重点掌握。解析方法：1对等截面直杆，横截面上的正应力最大，强度计算时必须明确在哪个截面进行强度计算；而纵向截面上的应力等于零。2应用胡克定律计算变形时，内力应以代数值代入。求解结构上节点的位移时，设想交于该节点的各杆，沿各自的轴线自由伸缩，从变形后各杆的终点作各杆轴线的垂线，这些垂线的交点即为节点新的位置。简单拉压静不定问题解静不定问题的关键是列出正确的
6、变形几何关系。在列几何关系时，注意假设的变形应是杆件可能的变形。解析方法：1列静力平衡方程；2根据变形协调关系列出变形的几何关系；3列出力与变形之间的物理关系；4联立解方程组求出未知力。材料在拉压时的力学性能力学性能是材料在外力作用下表现出的变形、破坏等方面的特性。是通过实验研究的方法来实现的，这种方法对我们以后的工程设计有一定的指导作用。应理解力学性质中涉及到的几个强度指标及塑性指标。剪切和挤压的强度计算联接件的强度计算，关键在于正确判断剪切面和挤压面。剪切面积为受剪面的实际面积，当挤压面为半圆柱面时，一般取圆柱的直径平面面积为挤压面面积，以简化运算。3典型问题解析轴向拉压的强度、变形计算例
7、题：已知AC杆为直径d25mm的A3圆钢，材料的许用应力141MPa，AC、AB杆夹角30，如图21所示，A处作用力F20kN，求：1校核AC杆的强度；2选择最经济的直径d；3若用等边角钢，选择角钢型号。解：图211校核AC杆的强度用一截面将AC、AB杆截开，取A节点作为研究对象，如图21所示，利用平衡方程计算FN1。?F0FyN1sin30F0?FN1?40kN代入强度条件，校核AC杆的强度?ACFN1A340?10?4?6?25?102满足强度要求,安全。2选择最佳截面尺寸，根据强度条件A?FN1?4?240?1036141?10?284mm2A?d?d?AC杆的直径取为20mm，即可满足
8、强度要求。3选择等边角钢型号A284mm2，查表可选503号等边角钢。解题指导：杆件轴力方向未知时，可使用设正法，即假设轴力为正，由平衡方程求解出的结果为正，说明是拉力；结果为负，说明是压力。例题：零件受力如图22所示，其中FP50kN。求零件横截面的最大正应力，并指出发生在哪一横截面上。图22解：用截面法分析零件各横截面上的轴力，得轴力都是相同的，即FN?FP又因为开孔使截面积减小，所以最大正应力可能发生在孔径比较小的两个横截面上I一I或IIII上。对于I一I截面，其横截面积2mm?A1?50?2?20m?m=?560102?42m对于II一II截面，其横截面积2mm?A2?50?2?15m
9、?m?2=?8402?4210m则最大正应力发生在I一I截面,，其上之正应力?m?FNA1?FPA1?50?1043axm2?解题指导：由于开孔，在孔边形成应力集中，因而横截面上的正应力并不是均匀分布的。严格地讲，不能采用上述方法计算应力。上述方法只是不考虑应力集中时的应力，称为“名义应力”。如果将名义应力乘上一个应力集中系数，就可得到开孔附近的最大应力。应力集中系数可从有关手册中查得。例题材料力学剪切力的概念材料力学的定义很清楚：“剪切”是在一对相距很近、大小相同、指向相反的横向外力作用下，材料的横截面沿该外力作用方向发生的相对错动变形现象。能够使材料产生剪切变形的力称为剪力或剪切力。发生剪
10、切变形的截面称为剪切面。判断是否“剪切”的关键是材料的横截面是否发生相对错动。因此，菜刀切菜不是剪切现象，而用剪刀剪指甲则是。至于“剪切力”的来源，当然是压力造成的。也可以说，剪切力是一种特殊形式的压力。流变学是针对物体的流动和变形所展开的研究科目。涂料配方中颜料的选择，流变性能是一项极其重要的指标。简单的说，颜料添加入涂料基料中将不可避免的改变涂料的流变特性。反映流变性能最常用的指标就是涂料体系的粘度。当涂料体系流动的时候，通过粘度，我们很容易了解到流体发生的变化。如果是在任意小的外力下都可以流动的流体，同时所加的剪切应力的大小和流体的速度梯度成正比，我们称之为牛顿流体。从本质上讲，黏度是流
11、体抗拒流动的一种性质，是流体分子间相互吸引而产生的阻碍分子间相对运动能力的量度，即流体流动的内部阻力。而牛顿流体中切应力和速度梯度D的比值是固定不变的。此项比值被称为液体黏度系数，简称黏度。然而有另一种流体，背离了上述的比例关系，被称为非牛顿流体。非牛顿流体分为塑性流体，触变性流体，假塑性流体，膨胀性流体等不同类型。当一种流体受到外力作用时，并不立即开始流动。只有在所加外力大到某一程度时才开始流动。流体开始流动所需的最小切应力被称为屈服值。此类流体被称为属于非牛顿流体的塑性流体。黏度已不能独立于所受切应力之外而保持不变。而是随着剪切速率的变化呈现复杂的变化。大体上说，随着剪切速率的上升，黏度往
12、往会下降。通常的解释是剪切力破坏了涂料体系的内部结构。在绝大多数情况下，一旦剪切力消失，涂料体系的结构将恢复。此种流体特性在涂料工业中有非常大的现实意义，能导入此种特性的助剂称为触变剂。此类流体称为触变性流体。当剪切应力到达一定值时，液体突然开始流动，在低中剪切力作用下基本呈现牛顿流体特性，在高剪切力作用下，粘度随剪切速率增加而下降的流体被称为假塑性流体。粘度随剪切速率增加而增加的流体被称为膨胀性流体，也称剪切变稠流体。在剪切力作用下，流体将很快变得不能移动，形成近似刚性结构。流变性能对于涂料生产的分散阶段，涂料仓储阶段和施工阶段都具有非常重大的意义。在涂料生产的分散阶段，出于经济和效率的考虑
13、，我们希望有尽可能高的颜料含量和颜基比。但颜料含量越高，颜料粒子粒径越小，比表积就越大，湿润颜料表面的涂料基料就多，黏度就会上升。同样在整个涂料体系中较大的颜料，树脂粘结料和助剂体积因子也会导致黏度升高。我们希望在分散设备，触变剂的帮助下，达到尽可能低的黏度，低的黏度意谓极好的流动性，尽可能高的颜料含量和颜基比。在涂料储存阶段，在没有剪切力的情况下，我们希望在触变剂的帮助下保持较高黏度，维持涂料系统的稳定性，防止颜料沉淀。在涂料施工阶段，我们希望涂料系统呈现牛顿流体的特性，我们可按照施工手段的不同来调节涂料粘度。关于剪切力和屈服应力shearforce中文应该是叫做剪切力。把一本书放在桌子上，
14、把手指头垂直按在书上，书是不会动的，只会被按在桌子上，这时书本受到的是“normalforce,这个力的方向与受力面是垂直。如果把手指头倾斜一定角度，书就会向指头按的方向移动，这时书本出除了受到垂直向下的normalforce之外，还受到一个与受力面平行的力，这个力就是“shearforce。物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面相切的称为剪应力也称为切应力。Afluidisasubstancethatdeformscontinuouslyunderanappliedshearstress.液体在剪应力作用下不断变形？yi
