材料力學(xué)構(gòu)件受力變形及其應(yīng)力.ppt

強(qiáng)度 構(gòu)件抵抗破壞的能力稱為構(gòu)件的強(qiáng)度。,剛度 構(gòu)件抵抗變形的能力稱為構(gòu)件的剛度。,穩(wěn)定性 壓桿能夠維持其原有直線平衡狀態(tài)的能力稱為壓桿的穩(wěn)定性。,材料力學(xué)基本概念 第一節(jié) 強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性的概念 構(gòu)件在外力作用下，其尺寸和形狀總會(huì)有不同程度的改變，這種改變稱為變形。變形分為彈性變形和塑性變形。 彈性變形: 隨外力去除而消失的變形，可恢復(fù)原形。 塑性變形：外力除去后構(gòu)件的尺寸和形狀不能完全恢復(fù)原狀。,一、構(gòu)件受力和變形的種類,1.構(gòu)件受力的種類 機(jī)械工作時(shí)，其各部分均受到力的作用，這些作用在構(gòu)件上的力稱為載荷。,按載荷作用方式分類：集中載荷和分布載荷。 集中載荷：由極小的面積傳遞給構(gòu)件的力，計(jì)算時(shí)一般認(rèn)為集中載荷作用于一點(diǎn)。,分布載荷：連續(xù)分布在構(gòu)件某段長度或面積上的外力。 分布載荷又分為均勻分布載荷和不均勻分布載荷。,按載荷作用性質(zhì)分類： 靜載荷：由零開始緩慢增加至某一定值后不隨時(shí)間變化(不使物體產(chǎn)生加速度） 動(dòng)載荷：載荷大小隨時(shí)間變化的力 （交變載荷、沖擊載荷）,2. 變形的基本形式,工程實(shí)際中的構(gòu)件種類繁多，根據(jù)其幾何形狀，可以簡(jiǎn)化為四類：桿、板、殼、塊 。,本章研究的主要對(duì)象是等截面直桿(簡(jiǎn)稱等直桿),等直桿在載荷作用下，其基本變形的形式有： 1.軸向拉伸和壓縮變形；2.剪切變形； 3.扭轉(zhuǎn)變形；4.彎曲變形。,兩種或兩種以上的基本變形組合而成的，稱為組合變形。,材料的力學(xué)性能：材料在外力作用下，其強(qiáng)度和變形方面所表現(xiàn)出來的性能。它是通過試驗(yàn)的方法測(cè)定的，是進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算和選擇材料的重要依據(jù)。,工程材料的種類：根據(jù)其性能可分為塑性材料和脆性材料兩大類。低碳鋼和鑄鐵是這兩類材料的典型代表，它們?cè)诶旌蛪嚎s時(shí)表現(xiàn)出來的力學(xué)性能具有廣泛的代表性。,第二節(jié) 材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能,常溫、靜載試驗(yàn) ：L=510d,L,d,F,F,將金屬按國家標(biāo)準(zhǔn)制成圖示標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果可以自動(dòng)繪出以伸長量L為橫坐標(biāo)，以拉伸載荷F為縱坐標(biāo)的拉伸圖。圖示為低碳鋼拉伸圖。,一、低碳鋼試件拉伸圖,低碳鋼的拉伸圖曲線分析：,O,b,c,d,e,試件在拉伸過程中經(jīng)歷了四個(gè)階段，,ob段彈性變形階段,bc段屈服階段,cd段強(qiáng)化階段,de段縮頸斷裂階段,Fe,F,L,Fs,Fb,低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件安裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)上， 然后對(duì)試件緩慢施加拉伸載荷，直至把試件拉斷。,二、低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線圖 從剛才的拉伸圖來看，金屬在外力作用下，隨著載荷 的增加，可先后發(fā)生彈性變形、塑性變形、直至斷裂。 根據(jù)拉伸過程中試件承受的應(yīng)力和產(chǎn)生的應(yīng)變之間 的關(guān)系，可以繪制出該低碳鋼的 曲線。 應(yīng)力應(yīng)變曲線圖,=,低碳鋼的 曲線分析：,O,a,b,c,d,e,試件在拉伸過程中經(jīng)歷了四個(gè)階段，有兩個(gè)重要的強(qiáng)度指標(biāo)。,ob段彈性階段(比例極限p彈性極限e ),bc段屈服階段 屈服點(diǎn),cd段強(qiáng)化階段 抗拉強(qiáng)度,de段縮頸斷裂階段,p,e,1. 彈性階段 比例極限p oa段是直線，應(yīng)力與應(yīng)變?cè)诖硕纬烧汝P(guān)系，材料符合虎克定律 直線oa的斜率 就是材料的彈性模量，直線部分最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值記作p，稱為材料的比例極限。曲線超過a點(diǎn)，圖上ab段已不再是直線，說明材料已不符合虎克定律。但在ab段內(nèi)卸載，變形也隨之消失，說明ab段也發(fā)生彈性變形，所以ab段稱為彈性階段。b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值記作e ，稱為材料的彈性極限。 彈性極限與比例極限非常接近，工程實(shí)際中通常對(duì)二者不作嚴(yán)格區(qū)分，而近似地用比例極限代替彈性極限。,2.屈服階段 屈服點(diǎn) 曲線超過b點(diǎn)后，出現(xiàn)了一段鋸齒形曲線，這階段應(yīng)力沒有增加，而應(yīng)變依然在增加，材料好像失去了抵抗變形的能力，把這種應(yīng)力不增加而應(yīng)變顯著增加的現(xiàn)象稱作屈服，bc段稱為屈服階段。屈服階段曲線最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力 稱為屈服點(diǎn)(或屈服極限)。在屈服階段卸載，將出現(xiàn)不能消失的塑性變形。工程上一般不允許構(gòu)件發(fā)生塑性變形，并把塑性變形作為塑性材料破壞的標(biāo)志，所以屈服點(diǎn) 是衡量材料強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)。,3.強(qiáng)化階段 抗拉強(qiáng)度 經(jīng)過屈服階段后，曲線從c點(diǎn)又開始逐漸上升，說明要使應(yīng)變?cè)黾?，必須增加?yīng)力，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，這種現(xiàn)象稱作強(qiáng)化，cd段稱為強(qiáng)化階段。曲線最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值記作 ，稱為材料的抗拉強(qiáng)度(或強(qiáng)度極限)，它是衡量材料強(qiáng)度的又一個(gè)重要指標(biāo)。,4.局部變形階段 曲線到達(dá)d點(diǎn)前，試件的變形是均勻發(fā)生的，曲線到達(dá)d點(diǎn)，在試件比較薄弱的某一局部(材質(zhì)不均勻或有缺陷處)，變形顯著增加，有效橫截面急劇減小，出現(xiàn)了縮頸現(xiàn)象，試件很快被拉斷，所以de段稱為縮頸斷裂階段。,5.延伸率和斷面收縮率 試件拉斷后，彈性變形消失，但塑性變形仍保 留下來。工程上用試件拉斷后遺留下來的變形 表示材料的塑性指標(biāo)。常用的塑性指標(biāo)有兩個(gè):,伸長率:,%,斷面收縮率 :,%,L1 試件拉斷后的標(biāo)距 L 是原標(biāo)距 A1 試件斷口處的最小橫截面面積 A 原橫截面面積。,、 值越大，其塑性越好。一般把 5的材料稱為塑性材料，如鋼材、銅、鋁等；把 5的材料稱為脆性材料，如鑄鐵、混凝土、石料等。,二、 拉伸時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算,1.許用應(yīng)力和安全系數(shù),極限應(yīng)力：材料喪失正常工作能力時(shí)的應(yīng)力。塑性變形是塑性材料破壞的標(biāo)志。屈服點(diǎn) 為塑性材料的極限應(yīng)力。斷裂是脆性材料破壞的標(biāo)志。因此把抗拉強(qiáng)度 ，作為脆性材料的極限應(yīng)力。,許用應(yīng)力：構(gòu)件安全工作時(shí)材料允許承受的最大應(yīng)力。構(gòu)件的工作應(yīng)力必須小于材料的極限應(yīng)力。,塑性材料：, =,脆性材料：, =,n s、n b是安全系數(shù): n s =1.22.5,n b 2.