4+第二章+軸向拉壓應力與材料的力學性能

1、 拉壓桿橫截面和斜截面上的應力 材料力學中應力分析的基本方法 應力分析中的局部效應原理（載荷作用效果） 材料的力學性能的相關概念上 講 內 容1第二章 軸向拉壓應力與材料的力學性能2-5 應力集中與材料疲勞2-6 失效、許用應力與強度條件2-7 連接部分的強度計算22-6 應力集中與材料疲勞一、應力集中幾何尺寸變化的局部效應3smax最大局部應力 K 應力集中因素思考：AA截面上的正應力？實際應力與應力集中因數(shù)sn 名義應力b：板寬 d：孔徑 ：板厚4應力集中系數(shù) K （查表）5例：下面受力桿件，哪個截面上的應力可以采用公式 計算qh2h/31236二、應力集中對構件強度的影響脆性材料：在 s

2、maxsb處首先破壞。塑性材料：應力分布均勻化。 靜載荷作用的強度問題塑性材料的靜強度問題可不考慮應力集中，脆性材料的強度問題需考慮應力集中，所有材料的疲勞強度問題需考慮應力集中。結論7飛機的窗戶標距試驗試件1954年，英國海外航空公司的兩架“彗星”號大型噴氣式客機接連失事，通過對飛機殘骸的打撈分析發(fā)現(xiàn)，失事的原因是由于氣密艙窗口處鉚釘孔邊緣的微小裂紋發(fā)展所致，而這個鉚釘孔的直徑僅為3.175mm。81984年，中國一大型鋼廠從西歐某國引進價值2千多萬元人民幣的精密鍛壓機發(fā)生曲軸斷裂。經(jīng)過鋼廠的工程技術人員和高校的力學工作者通力合作，找到了事故原因：曲軸的彎曲處過渡圓角尺寸過小，造成局部應力集

3、中；加上該處材料微觀組織上的加工缺陷(表面上的細小刀痕)，在交變載荷作用下最終導致曲軸斷裂。 9三、交變應力與材料疲勞疲勞破壞：在交變應力作用下，構件產生可見裂紋或完全斷裂的現(xiàn)象。連桿活塞桿循環(huán)應力或交變應力應力集中對構件的疲勞強度影響極大。10材料力學分析的基本思路外力結構應力應變內力變形材料性能強度準則11一、失效與許用應力2-7 失效、許用應力與強度條件失效：斷裂、屈服或顯著的塑性變形, 使材料不能正常工作。極限應力 ： 強度極限 （脆性材料） 屈服應力 （塑性材料）工作應力：構件實際承載所引起的應力。許用應力：工作應力的最大容許值n安全因數(shù)，n1一般工程中 ns=1.52.2， nb=

4、3.05.0安全因數(shù)的來歷：幾何尺寸、載荷條件與材料缺陷。12二、強度條件強度條件：保證結構或構件不致因強度不夠而破壞的條件。等截面桿：變截面桿：拉壓桿強度條件：13三、強度條件的應用 三類常見的強度問題校核強度：已知外力，A，判斷是否能安全工作？截面設計：已知外力， ，確定確定承載能力：已知A， ，確定 1、材料的t和c一般不相同，需分別校核； 2、工程計算中允許max超出(5%)以內。不同的問題對應不同的工程類型14 強度條件的應用舉例(1) 求內力（節(jié)點A平衡）(2) 求應力（A1，A2橫截面積）A151.校核強度校核結構是否安全？已知F， ，A1，A2， ， 解：162.確定許用載荷（

5、結構承載能力）求F 已知 ，A1，A2 ， ， 173.設計截面已知F， ， ， 設計各桿截面設計:圓桿矩形桿A2ab 須給定a，b之一或二者關系。18四、強度條件的進一步應用1.重量最輕設計已知： 大小 與方向，材料相同可設計量：目標：使結構最輕（不考慮失穩(wěn)）分析：利用強度條件， 可表為 的函數(shù)，結構重量可表為 的函數(shù)，并進一步表為 的單變量函數(shù)，于是可以由求極值的方法設計。191.重量最輕設計（續(xù)）解：設材料重度為結構重量202.工程設計中的等強度原則例：d=27mm,D=30mm, =850MPa,套管 250MPa，試設計套管外徑D套管內管設計原則討論： 如果套管太薄，強度不夠；但是如

6、果設計得太厚，則套管沒壞時可能內管已壞，浪費材料沒提高強度。因此合理的設計是套管和內管強度相等。 上述原則稱為等強原則，在工程設計中廣泛使用。212.工程設計中的等強度原則（續(xù)）解：例：d=27mm,D=30mm, =850MPa,套管 250MPa，求套管外徑D。（依據(jù)等強原則）套管內管22例：石柱橋墩的等強設計求三種情況體積比。（1）等直柱（3）等強柱（2）階梯柱危險截面在何處？怎樣進行等強設計？23（1）等直橋墩危險截面在底部等直橋墩截面積設計：橋墩體積：24（2）階梯橋墩危險截面在兩段底部，根據(jù)等強原則，此兩截面設計為同時達到許用應力。上段：下段：體積：25（3）等強橋墩根據(jù)等強原則，

7、設計所有截面同時達到許用應力。依據(jù)微段上下截面等強畫受力圖，由微段平衡列平衡方程。26設橋墩重量為G，則由：故：三種方案體積（重量）比：27火力發(fā)電廠冷卻塔結構282-8 連接部分的強度計算一、工程實例29耳片銷釘螺栓分析方法：連接件受力與變形一般很復雜，精確分析困難、不實用，通常采用簡化分析法或假定分析法（區(qū)別于其它章節(jié)）。實踐表明，只要簡化合理，有充分實驗依據(jù)，在工程中是實用有效的。30二、連接件破壞形式分析剪斷(1-1截面）拉斷(2-2截面）， 按拉壓桿強度條件計算剪豁(3-3截面）， 邊距大于孔徑2倍可避免擠壓破壞(連接件接觸面）本節(jié)主要討論1-1截面的剪斷與連接件接觸面間擠壓破壞的假

8、定計算法。31三、剪切與剪切強度條件假定剪切面上的切應力均勻分布剪切強度條件32四、擠壓與擠壓強度條件1. 擠壓實例33 受壓圓柱面在相應徑向平面上的投影面積；2. 擠壓強度條件： 擠壓力；其中：擠壓應力擠壓強度條件34對工程應用的兩點注釋雙剪釘拉斷剪切面：圓柱面擠壓面：圓環(huán)擠壓面剪切面釘剪切力外板擠壓力里板擠壓力35FF例：已知板厚，鉚釘直徑，鉚釘?shù)?，許用擠壓應力試校核鉚釘強度。 許用切應力解：鉚釘受雙剪鉚釘擠壓應力：故鉚釘強度足夠。36例 2-8 已知：F = 80 kN, d = 10 mm, b = 80 mm, d = 16 mm, t = 100 MPa, s bs = 300 MPa, s = 160 MPa試：校核接頭強度 37解：1. 接頭受力分析 當各鉚釘?shù)牟牧吓c直徑均相同，且外力作用線在鉚釘群剪切面上的投影通過鉚釘群剪切面形心時，通常認為各鉚釘剪切面上的剪力相等382. 強度校核剪切強度：擠壓強度：拉伸強度：39 第二章內容總結： 內力分析截面法、軸力、軸力圖解決拉壓桿的強度問題 應力分析 材料力學應力分析的基本方法； 橫截面上的應力分布規(guī)律； 斜截面上的應力分布規(guī)律； 圣維南原理，應力集中。 材料的力學性能基本試驗、力學性能曲線 強度條件應用強度條件解決各種強度問