材料力學課件

§2.4

材料在拉伸時的力學性能兩個尚未解決的問題：1、纖維的伸長和應力之間存在怎樣的關系？2、為什么要研究桿件斜截面上的應力？材料在外力作用下表現出的變形、破壞等方面的特性稱材料的力學性能，也稱機械性質。材料的機械性質通過試驗測定，通常為常溫靜載試驗。試驗方法應按照國家標準進行。試驗機材料的力學性能在材料試驗機上進行測試。材料試驗機的式樣有很多，但大多為機械傳動或液壓傳動。液壓式試驗機各種試驗機20kN試驗機10kN試驗機國家標準不僅規(guī)定了試驗方法，對試件的形式也作了詳細規(guī)定當l=10d

時的試件稱為長試件，為推薦尺寸當l=5d

時的試件稱為短試件，為材料尺寸不足時使用標準試件PPP~ΔL曲線s=

PA~e=

ΔLL應力－應變曲線名義屈服極限有些材料沒有明顯的屈服平臺，這時無法測定屈服極限ss，工程上使用名義屈服極限s0.2代替屈服極限ss當材料的殘余伸長達到2000微應變(me)時，對應的應力值稱名義屈服極限，以s0.2表示胡克定律當應力不超過材料的比例極限時，應力與應變成正比s=Ee卸載塑性材料的卸載過程其它塑性金屬材料的拉伸曲線合金鋼20Cr高碳鋼T10A螺紋鋼16Mn低碳鋼A3黃銅H62脆性材料的拉伸性能特點：無屈服過程無塑性變形無塑性指標分類：塑性材料d>5%脆性材料d<5%強度指標(失效應力)

韌性材料σo＝σS脆性材料σo＝σb脆性材料韌性金屬材料韌性指標－延伸率材料的機械性能指標－斷面收縮率=X100%A-A1A§2.5材料在壓縮時的力學性能試件：金屬材料－短圓柱混凝土、石料－立方體塑性材料的壓縮塑性材料的壓縮強度與拉伸強度相當脆性材料的壓縮脆性材料的壓縮強度遠大于拉伸強度1、高溫對材料的力學性能有影響

2、高溫下工作的構件，會產生蠕變和松弛3、蠕變：應力保持不變，應變隨時間增加而增加的現象4、松弛：應變保持不變，應力隨時間增加而降低的現象幾個概念：*§2-6：溫度和時間對材料力學性能的影響一、短期靜載下溫度對材料力學性能的影響二、高溫、長期靜載下材料的力學性能金屬材料的高溫蠕變（碳鋼350oC以上）§2.7失效、安全系數和強度計算失效—由于材料的力學行為而使構件喪失正常功能的現象.強度失效問題

強度失效—由于斷裂或屈服引起的失效剛度失效問題

剛度失效—由于過量的彈性變形引起的失效.

屈曲失效（失穩(wěn)）—由于平衡構件的受力特征的突然轉變而引起的失效.屈曲失效（失穩(wěn)）問題其它失效形態(tài)

疲勞失效—由于交變應力的作用,初始裂紋不斷擴展而引起的脆性斷裂.蠕變失效—在一定的溫度和應力下,應變隨著時間的增加而增加,最終導致構件失效.松弛失效—在一定的溫度下,應變保持不變,應力隨著時間增加而降低,從而導致構件失效.脆性材料拉max=拉=b拉塑性材料max==s拉壓構件材料的失效判據脆性材料壓max=壓=b壓許用應力與安全系數塑性材料脆性材料拉[s]

=ssns[s]拉

=sb拉nb脆性材料壓[s]壓

=sb壓nb脆性材料壓桿在強度設計時取絕對值安全系數的確定塑性材料：ns=1.2~2.5脆性材料：nb=2~3.5材料素質（強度、均勻性、脆性）載荷情況（峰值載荷、動靜、不可預見性)構件簡化過程和計算方法的精確度零件的重要性、制造維修難易減輕重量（飛機、手提設備等）強度條件s

=[s]NAsmax

[s]N

[s]A

三種類型的強度計算一、強度校核二、截面設計s

=[s]NA三、確定許可載荷A

≥

N[s]例2.3

鋼材的許用應力[s]=150MPa，對例2.2中的斜桿AB進行強度校核。已由例2.2知，斜桿AB的應力為s=123MPa，可見 s=123MPa＜[s]所以拉桿安全。s==123X106PaNAPmax==38.7kNQsinaN=Pmax=38.7kN討論：若Q＝20kN，則AB桿的應力s=164MPa，強度不足，應重新設計。減小Q的值增大拉桿面積工程中允許工作應力s略大于許用應力[s]，但不得超過[s]的5%Pmax=QsinaN=Pmax

s=NA例2.4氣動夾具—截面設計已知：D＝140mmp=0.6MPa[s]=80MPa設計活塞桿直徑。PPP=px

p

4D2=9236NN=P=9.24kNA=

pd2

4

N

[s]=1.16x10-4m2

d0.0122m=12mm

例2.5