材料力學(xué)擠壓與拉伸強計算PPT教案

1、會計學(xué)1材料力學(xué)擠壓與拉伸強計算材料力學(xué)擠壓與拉伸強計算第1頁/共45頁第2頁/共45頁n一.剪切實用計算1. 工程上的剪切件有以下特點：1）受力特點：桿件兩側(cè)作用大小相等，方向相反，作用線相距很近的外力2）變形特點：兩外力作用線間截面發(fā)生錯動，由矩形變?yōu)槠叫兴倪呅?第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算第3頁/共45頁第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算上刀刃下刀刃nnFFFFS剪切面第4頁/共45頁AFS剪切實用計算中，假定剪切面上各點處的切應(yīng)力相等，于是得剪切面上的名義切應(yīng)力為： AFS剪切強度條件， 剪切面為圓形時，其剪切面積為： 42dA對于平鍵 ，其剪切面積為： lbA第七章 第三節(jié) 連接件

2、的強度計算構(gòu)件許用剪切應(yīng)力第5頁/共45頁例 圖示裝置常用來確定膠接處的抗剪強度，如已知破壞時的荷載為10kN，試求膠接處的極限剪（切）應(yīng)力。膠縫30mm10mmFFSFSFkN52SFF23001030mmAsMPa7 .163001053SsuAF解：第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算第6頁/共45頁例 如圖螺釘，已知：=0.6，求其d:h的合理比解:hFd 當(dāng)，分別達到，時， 材料的利用最合理 dhFAFdFAFSS2N44 . 2:46 . 02hddFdhF得剪切面dh第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算第7頁/共45頁擠壓：聯(lián)接和被聯(lián)接件接觸面相互壓緊的現(xiàn)象。有效擠壓面：擠壓面面積在垂直

3、于總擠壓力作用線平面上的投影。擠壓時，以P 表示擠壓面上傳遞的力，Abs 表示擠壓面積，則擠壓應(yīng)力為bsbsbsAP-材料的許用擠壓應(yīng)力，式中：bs一般 27 . 1bs第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算二、擠壓實用計算第8頁/共45頁FF擠壓面FF壓潰(塑性變形)擠壓計算對聯(lián)接件與被聯(lián)接件都需進行第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算第9頁/共45頁擠壓強度條件： bsbsmax)(擠壓許用應(yīng)力：由模擬實驗測定 擠壓面為平面，計算擠壓面就是該面擠壓面為弧面，取受力面對半徑的投影面擠壓應(yīng)力bsbsbsAFtdFbs擠壓力計算擠壓面Abs=td第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算第10頁/共45頁對圓截面：

4、如右圖所示。對于平鍵:hlAbs21dtAbs第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算第11頁/共45頁h/2bldOFSnnFsFbsFMennOMeblAdMFSekN1 .57/2S MPa6 .28SSblFAFS校核鍵的剪切強度：kN157S.FFbs bsbsbsbsbshlFAFMPa2 .952/ )(/2bshlA 校核鍵的擠壓強度：例 圖示軸與齒輪的平鍵聯(lián)接。已知軸直徑d=70mm，鍵的尺寸為bhl=2012100mm，傳遞的力偶矩Me=2kNm，鍵的許用切應(yīng)力=60MPa，bs=100MPa。試校核鍵的強度。強度滿足要求第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算第12頁/共45頁例 電瓶車

5、掛鉤由插銷聯(lián)接，如圖示。插銷材料為20鋼，=30MPa，bs100MPa，直徑d=20mm。掛鉤及被聯(lián)接的板件的厚度分別為t=8mm和1.5t=12mm。牽引力F=15kN。試校核插銷的強度。 22 AFS MPa9 .231020210154242332SdFAFbs333bsbsbsMPa5 .621020101210155 . 1dtFAFbsbsbsbsAF第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算第13頁/共45頁 失效：由于材料的力學(xué)行為而使構(gòu)件喪失正常功能的現(xiàn)象。斷裂和出現(xiàn)塑性變形統(tǒng)稱為失效。max= b拉max= s拉壓構(gòu)件材料的失效判據(jù)：max= b壓第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算

6、失效、安全因素和強度計算第14頁/共45頁I. 材料的拉、壓許用應(yīng)力塑性材料： ,s2 . 0ssnn或脆性材料：許用拉應(yīng)力 bbtn其中，ns對應(yīng)于屈服極限的安全因數(shù)其中，nb對應(yīng)于拉、壓強度的安全因數(shù)第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算bbccn 許用壓應(yīng)力 第15頁/共45頁II. 拉(壓)桿的強度條件其中：max拉(壓)桿的最大工作應(yīng)力；材料拉伸(壓縮)時的許用應(yīng)力。 maxmaxxAxFN第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算第16頁/共45頁III. 關(guān)于安全因數(shù)的考慮 （1）理論與實際差別：考慮極限應(yīng)力(s，0.2，b，bc) 、橫截面尺寸、荷載等的變異，以及計算簡圖與實際結(jié)構(gòu)的差異。（2

7、）足夠的安全儲備：使用壽命內(nèi)可能遇到意外事故或其它不利情況，也計及構(gòu)件的重要性及破壞的后果。安全系數(shù)的取值：安全系數(shù)是由多種因素決定的?？蓮挠嘘P(guān)規(guī)范或設(shè)計手冊中查到。在一般靜載下，對于塑性材料通常取為1.52.2；對于脆性材料通常取為3.0 5.0，甚至更大。第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算第17頁/共45頁. 強度計算的三種類型 (3) 許可荷載的確定:FN,maxA (2) 截面選擇：max,NFAmax,NmaxAF (1) 強度校核：第七章 第三節(jié) 連接件的強度計算第18頁/共45頁n1概念 等截面直桿受軸向拉伸或壓縮時，橫截面上的應(yīng)力是均勻分布的。由于實際需要，有些零件必須有切口、切

8、槽、油孔、螺紋、軸肩等，以致在這些部位上截面尺寸發(fā)生突然變化。實驗結(jié)果和理論分析表明，在零件尺寸突然改變處的橫截面上，應(yīng)力并不是均勻分布的。n2應(yīng)力集中由于桿件外形突然變化，而引起局部應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力集中。7-4 應(yīng)力集中的概念第七章 第四節(jié) 應(yīng)力集中第19頁/共45頁第七章 第四節(jié) 應(yīng)力集中第20頁/共45頁由于桿件橫截面驟然變化而引起的應(yīng)力局部驟然增大。第七章 第四節(jié) 應(yīng)力集中maxK理論應(yīng)力集中因數(shù)：它反映了應(yīng)力集中的程度，為大于1的因數(shù)。具有小孔的均勻受拉平板， K3。第21頁/共45頁第七章 第四節(jié) 應(yīng)力集中 試驗結(jié)果表明：截面尺寸改變得越急劇、角越尖，孔越小，應(yīng)力集中的

9、程度就越嚴重。因此，零件應(yīng)盡量避免帶尖角的孔和槽，對階梯軸的過渡圓弧，半徑應(yīng)盡量大一些。第22頁/共45頁應(yīng)力集中對強度的影響塑性材料制成的桿件受靜荷載情況下：荷載增大進入彈塑性極限荷載jsuAF第七章 第四節(jié) 應(yīng)力集中第23頁/共45頁 均勻的脆性材料或塑性差的材料(如高強度鋼)制成的桿件即使受靜荷載時也要考慮應(yīng)力集中的影響。 非均勻的脆性材料，如鑄鐵，其本身就因存在氣孔等引起應(yīng)力集中的內(nèi)部因素，故可不考慮外部因素引起的應(yīng)力集中。 塑性材料制成的桿件受靜荷載時，通?？刹豢紤]應(yīng)力集中的影響。第七章 第四節(jié) 應(yīng)力集中第24頁/共45頁 材料拉伸時的力學(xué)性能力學(xué)性能(機械性質(zhì))：材料在外力作用下表

10、現(xiàn)出的變形、破壞等方面的特性,它們是材料固有的屬性，通過試驗進行測定。材料力學(xué)包含的兩個方面理論分析實驗研究測定材料的力學(xué)性能；解決某些不能全靠理論分析的問題第25頁/共45頁第26頁/共45頁一 試件和實驗條件常溫、靜載第七章 第五節(jié) 材料的拉壓機械性能國家標(biāo)準金屬拉伸試驗方法（GB228-2002）第27頁/共45頁第七章 第五節(jié) 材料的拉壓機械性能第28頁/共45頁第七章 第五節(jié) 材料的拉壓機械性能1低碳鋼拉伸時的力學(xué)性能(含碳量在0.3%以下的碳素鋼)第29頁/共45頁oabcef明顯的四個階段1、彈性階段obP比例極限Ee彈性極限tanE2、屈服階段bc（失去抵抗變形的能力）-滑移，

11、產(chǎn)生明顯塑性變形；s屈服極限3、強化階段ce（恢復(fù)抵抗變形的能力）-位錯釘扎強度極限b4、局部變形階段efPesb第七章 第五節(jié) 材料的拉壓機械性能第30頁/共45頁第31頁/共45頁5.兩個塑性指標(biāo):%100001lll斷后伸長率斷面收縮率%100010AAA%5為塑性材料%5為脆性材料低碳鋼的%3020%60為塑性材料0第七章 第五節(jié) 材料的拉壓機械性能第32頁/共45頁6. 卸載定律及冷作硬化第33頁/共45頁卸載定律及冷作硬化1、彈性范圍內(nèi)卸載、再加載oabcefPesb2、過彈性范圍卸載、再加載ddghf 即材料在卸載過程中應(yīng)力和應(yīng)變是線形關(guān)系，這就是卸載定律。 材料的比例極限增高，

12、延伸率降低，稱之為冷作硬化或加工硬化（退火可消除）。第七章 第五節(jié) 材料的拉壓機械性能第34頁/共45頁注意：1. 低碳鋼的s，b都還是以相應(yīng)的抗力除以試樣橫截面的原面積所得，實際上此時試樣直徑已顯著縮小，因而它們是名義應(yīng)力。 2. 低碳鋼的強度極限b是試樣拉伸時最大的名義應(yīng)力，并非斷裂時的應(yīng)力。 3. 超過屈服階段后的應(yīng)變還是以試樣工作段的伸長量除以試樣的原長而得，因而是名義應(yīng)變(工程應(yīng)變)。第七章 第五節(jié) 材料的拉壓機械性能第35頁/共45頁4. 伸長率是把拉斷后整個工作段的均勻塑性伸長變形和頸縮部分的局部塑性伸長變形都包括在內(nèi)的一個平均塑性伸長率。標(biāo)準試樣所以規(guī)定標(biāo)距與橫截面面積(或直徑

13、)之比，原因在此。 第七章 第五節(jié) 材料的拉壓機械性能第36頁/共45頁o對于-曲線沒有“屈服平臺”即沒有明顯屈服階段的的塑性材料，工程上規(guī)定取完全卸載后具有殘余應(yīng)變量0.2%時的應(yīng)力叫名義屈服極限，用0.2表示。%2 . 02 . 0第七章 第五節(jié) 材料的拉壓機械性能2其它塑性材料拉伸時的力學(xué)性能第37頁/共45頁伸長率局部變形階段強化階段屈服階段彈性階段退火球墨鑄鐵強鋁錳鋼材料%5%5%5第七章 第五節(jié) 材料的拉壓機械性能第38頁/共45頁ob b拉伸強度極限（約為140MPa）。它是衡量脆性材料（鑄鐵）拉伸的唯一強度指標(biāo)。 應(yīng)力應(yīng)變不成比例，無屈服、頸縮現(xiàn)象，變形很小且b很低。第七章 第五節(jié) 材料的拉壓機械性能3鑄鐵拉伸時的力學(xué)性能第39頁/共45頁第二章 拉伸、壓縮與剪切 材料壓縮時的力學(xué)性能一 試件和實驗條件常溫、靜載第40頁/共45頁 拉伸與壓縮在屈服階段以前完全相同。第七章 第五節(jié) 材料的拉壓機械