工程力學C材料力學部分應力狀態(tài)和強度理論

工程力學C材料力學部分應力狀態(tài)和強度理論目錄contents材料力學基本概念與分類應力狀態(tài)分析強度理論及應用拉伸與壓縮變形及強度計算剪切變形及強度計算彎曲變形及強度計算材料力學基本概念與分類CATALOGUE01材料力學是研究材料在各種外力作用下產生的應變、應力、強度、剛度、穩(wěn)定和導致各種材料破壞的極限的學科。材料力學的研究對象主要是棒狀材料，如桿、梁、軸等。這些構件的受力與變形是材料力學的主要研究內容。材料力學定義及研究對象研究對象材料力學定義彈性變形材料在外力作用下發(fā)生變形，當外力去除后能夠完全恢復原來形狀的變形稱為彈性變形。塑性變形材料在外力作用下發(fā)生變形，當外力去除后不能恢復原來形狀而保留下來的一部分變形稱為塑性變形。斷裂材料在應力作用下達到一定的極限值時，會發(fā)生斷裂破壞。斷裂形式包括脆性斷裂和韌性斷裂等。材料變形與破壞形式應力單位面積上所承受的附加內力稱為應力。應力是矢量，沿截面法向的分量稱為正應力，沿切向的分量稱為切應力。物體由于外因(受力、濕度、溫度場變化等)而變形時，在物體內各部分之間產生相互作用的內力，以抵抗這種外因的作用，并試圖使物體從變形后的位置恢復到變形前的位置。在彈性范圍內，應力與應變成正比關系，符合胡克定律。當應力超過彈性極限后，應力與應變之間呈非線性關系。應變應力與應變關系應力、應變及其關系第二季度第一季度第四季度第三季度彈性材料塑性材料脆性材料復合材料材料力學性質分類應力與應變保持線性關系的材料稱為彈性材料。這類材料在外力作用下能夠發(fā)生可逆的彈性變形。應力超過彈性極限后，發(fā)生不可逆的塑性變形的材料稱為塑性材料。這類材料具有較好的塑性和韌性。在外力作用下幾乎不發(fā)生塑性變形而直接斷裂的材料稱為脆性材料。這類材料的抗壓強度遠大于抗拉強度，且抗沖擊性能較差。由兩種或兩種以上不同性質的材料通過物理或化學的方法組成具有新性能的材料稱為復合材料。這類材料具有優(yōu)異的綜合性能，如強度高、重量輕、耐腐蝕等。應力狀態(tài)分析CATALOGUE02應力狀態(tài)概念及表示方法應力狀態(tài)指物體內部某一點在各個方向上應力的集合，描述物體在該點的受力狀況。表示方法通常采用應力分量、應力張量、應力矩陣等數學工具進行描述。在應力狀態(tài)中，存在三個互相垂直的主方向，主方向上的應力稱為主應力。主應力通過應力分量或應力矩陣，利用數學方法求解主應力和主方向。求解方法主應力與主方向求解方法復雜應力狀態(tài)實際工程中，構件往往同時受到多個方向的外力作用，形成復雜應力狀態(tài)。應力分析通過應力分量、應力張量等數學工具，對復雜應力狀態(tài)進行定量分析和描述。復雜應力狀態(tài)下應力分析應力集中現象在構件的某些局部區(qū)域，由于幾何形狀、尺寸變化或外力作用等因素，導致應力顯著增高的現象。影響因素幾何形狀突變、材料性質不均、外力作用方式等均可導致應力集中現象的發(fā)生。同時，溫度、濕度等環(huán)境因素也可能對應力集中產生影響。應力集中現象及影響因素強度理論及應用CATALOGUE03指材料或結構在受力作用下，抵抗破壞或變形的能力。強度最大拉應力理論、最大伸長線應變理論、最大切應力理論和畸變能密度理論等。強度理論分類強度理論基本概念及分類四大經典強度理論內容比較最大拉應力理論認為材料在拉伸應力作用下，最大拉應力達到材料的極限應力時即發(fā)生斷裂。適用于脆性材料的單向拉伸和壓縮情況。最大伸長線應變理論認為材料在拉伸或壓縮時，最大伸長線應變達到材料的極限應變時即發(fā)生斷裂。適用于某些塑性材料的拉伸和壓縮情況。最大切應力理論認為材料在剪切應力作用下，最大切應力達到材料的極限切應力時即發(fā)生屈服。適用于塑性材料的剪切和扭轉情況?；兡苊芏壤碚撜J為材料在復雜應力狀態(tài)下，畸變能密度達到材料的極限值時即發(fā)生屈服或破壞。適用于復雜應力狀態(tài)下的材料強度分析。強度設計根據設計要求和材料的力學性能，進行結構或構件的尺寸和形狀設計，以滿足強度要求。優(yōu)化設計在滿足強度要求的前提下，通過優(yōu)化結構或構件的尺寸、形狀和材料選擇等，達到降低成本、提高性能的目的。強度校核根據材料的力學性能和受力情況，計算結構或構件的強度，判斷其是否滿足設計要求。強度理論在工程設計中的應用強度條件與校核方法根據強度理論，建立結構或構件在不同受力情況下的強度條件，如拉伸、壓縮、剪切、彎曲和扭轉等。強度條件通過比較結構或構件的實際應力與強度條件中的許用應力，判斷其是否滿足強度要求。常用的校核方法有極限應力法、安全系數法和概率法等。校核方法拉伸與壓縮變形及強度計算CATALOGUE04拉伸變形物體在外力作用下產生長度增加、截面變小的變形。壓縮變形物體在外力作用下產生長度減小、截面增大的變形。變形量表示拉伸或壓縮變形程度，與外力大小、材料性質、物體尺寸等因素有關。拉伸與壓縮變形特點均勻應力在拉伸或壓縮過程中，截面上應力分布均勻，與外力大小成正比。應力集中在截面突變處（如孔洞、凹槽等），應力分布不均勻，出現應力集中現象。應力梯度應力在物體內部呈梯度分布，即應力隨位置變化而變化。拉伸與壓縮時應力分布規(guī)律校核方法通過比較構件的實際工作應力與材料的強度極限來判斷構件是否安全。實際工作應力應小于或等于材料的強度極限。安全系數為考慮不確定性因素（如載荷波動、材料不均勻等），在強度計算中引入安全系數，使構件具有足夠的安全儲備。強度條件材料在拉伸或壓縮時所能承受的最大應力稱為強度極限。強度條件是保證構件安全工作的基本要求。拉伸與壓縮強度條件及校核方法01020304合理選擇材料選擇高強度、高韌性的材料，提高構件的承載能力。優(yōu)化截面形狀通過改變截面形狀（如增大截面面積、減小應力集中等），提高構件的強度。熱處理強化通過熱處理改變材料的組織結構，提高材料的強度和韌性。表面強化處理對構件表面進行強化處理（如噴丸、滾壓等），提高表面硬度和耐磨性，從而提高構件的整體強度。提高拉伸與壓縮強度的措施剪切變形及強度計算CATALOGUE05剪切變形特點剪切變形是物體在受到與軸線平行、大小相等、方向相反、作用線相距很近的一對力作用時，材料之間發(fā)生相對錯動而引起的變形。剪切變形主要發(fā)生在受剪切的局部區(qū)域內，表現為材料的相對滑移。剪切變形時，材料的橫截面并不發(fā)生顯著的宏觀變形，但微觀上會出現滑移帶等結構變化。010203在剪切面上，切應力沿剪切面的方向均勻分布。剪切面上的正應力很小，可以忽略不計。剪切面上的切應力與剪切力成正比，與剪切面積成反比。剪切時應力分布規(guī)律剪切強度條件是指材料在剪切作用下不發(fā)生破壞所能承受的最大切應力。剪切強度的校核方法包括：根據剪切面上的切應力和材料的許用切應力進行比較；或根據剪切力和材料的許用剪切力進行比較。在進行剪切強度校核時，需要考慮材料的力學性能、受力狀態(tài)、應力集中等因素的影響。剪切強度條件及校核方法ABCD選擇高強度材料使用高強度材料可以有效提高剪切強度。改善受力狀態(tài)通過改變受力狀態(tài)來降低應力集中，提高剪切強度。例如，避免在剪切面上施加過大的局部載荷。采用合理的結構形式合理的結構形式可以有效降低應力集中，提高剪切強度。例如，采用圓弧過渡、增加加強筋等結構措施。增大剪切面積通過增大剪切面積來降低切應力，從而提高剪切強度。提高剪切強度的措施彎曲變形及強度計算CATALOGUE06彎曲變形特點01主要變形發(fā)生在垂直于梁軸線的橫截面內。02梁的軸線在變形后成為一條連續(xù)、光滑的平面曲線。彎曲變形時，梁的橫截面仍保持為平面，只是沿梁軸線方向作相對平移。03彎曲時正應力分布規(guī)律01在純彎曲情況下，橫截面上的正應力與橫截面對中性軸的慣性矩成反比，與距中性軸的距離成正比。02中性軸上各點的正應力均為零，中性軸以外各點的正應力均為拉應力或壓應力。03最大正應力發(fā)生在距中性軸最遠的點上。VS梁內最大正應力不超過材料的許用應力。校核方法根據梁的截面尺寸、載荷大小和材料許用應力，計算出梁內的最大正應力，然后與許用應力進行比較。若最大正應力小于或等于許用應力，則梁的強度足夠；否則，需采取措施提高梁的強度。彎曲強度條件彎曲強度條件及校核方法增大截面尺寸通過增大梁