湘潭大學(xué)提前自學(xué)材料力學(xué)課件第二章拉伸、壓縮與剪切

湘潭大學(xué)提前自學(xué)材料力學(xué)課件第二章拉伸、壓縮與剪切拉伸、壓縮與剪切概述拉伸變形與應(yīng)力分析壓縮變形與穩(wěn)定性問題探討剪切變形與剪切強(qiáng)度條件實驗方法與技術(shù)手段介紹組合加載下材料力學(xué)行為研究工程應(yīng)用案例分析contents目錄01拉伸、壓縮與剪切概述拉伸指物體在受到一對大小相等、方向相反的拉力作用時，產(chǎn)生伸長變形的力學(xué)行為。壓縮指物體在受到一對大小相等、方向相反的壓力作用時，產(chǎn)生縮短變形的力學(xué)行為。剪切指物體在受到一對大小相等、方向相反、且作用線相距很近的力作用時，產(chǎn)生相對滑動的力學(xué)行為。拉伸、壓縮與剪切定義及分類材料力學(xué)中重要性及應(yīng)用領(lǐng)域重要性拉伸、壓縮與剪切是材料力學(xué)中最基本、最常見的變形形式，對于研究材料的力學(xué)性能和工程應(yīng)用具有重要意義。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于機(jī)械、土木、航空、航天等工程領(lǐng)域，如橋梁、建筑、車輛、飛機(jī)等結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造。連續(xù)性假設(shè)、均勻性假設(shè)、各向同性假設(shè)、小變形假設(shè)等。基本假設(shè)基于基本假設(shè)，將實際物體簡化為理想化的力學(xué)模型，如質(zhì)點(diǎn)、剛體、彈性體等，以便于進(jìn)行力學(xué)分析和計算。同時，針對拉伸、壓縮與剪切等變形形式，建立相應(yīng)的力學(xué)模型和本構(gòu)關(guān)系，以描述材料的力學(xué)行為和變形規(guī)律。理想化模型建立基本假設(shè)與理想化模型建立02拉伸變形與應(yīng)力分析物體在受到一對大小相等、方向相反的拉力作用時，產(chǎn)生的沿力作用方向的伸長變形。拉伸變形定義彈性變形階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、頸縮階段。拉伸變形過程物體各部分的相對位置發(fā)生改變，形狀和尺寸也發(fā)生變化。拉伸變形特點(diǎn)拉伸變形過程及特點(diǎn)單位面積上所承受的附加內(nèi)力。應(yīng)力定義σ=F/A，其中σ為應(yīng)力，F(xiàn)為拉力，A為受力面積。應(yīng)力計算公式通過平衡條件、幾何關(guān)系和物理關(guān)系，推導(dǎo)出應(yīng)力計算公式。公式推導(dǎo)應(yīng)力計算方法及公式推導(dǎo)拉伸強(qiáng)度條件拉伸實驗中試樣被拉斷時的最大應(yīng)力值。安全性評估通過比較材料的許用應(yīng)力和實際應(yīng)力，評估結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的安全性。若實際應(yīng)力小于許用應(yīng)力，則結(jié)構(gòu)或構(gòu)件安全；反之，則不安全。拉伸強(qiáng)度條件與安全性評估03壓縮變形與穩(wěn)定性問題探討壓縮變形定義物體在受到壓力作用時，其尺寸在各方向均縮小的變形現(xiàn)象。壓縮變形特點(diǎn)變形量大，變形速度快，易產(chǎn)生局部失穩(wěn)和破壞。壓縮變形過程從彈性變形到塑性變形的轉(zhuǎn)變，伴隨能量吸收和耗散。壓縮變形過程及特點(diǎn)VS根據(jù)失穩(wěn)形式可分為整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)；根據(jù)載荷類型可分為靜力失穩(wěn)和動力失穩(wěn)。影響因素材料性質(zhì)（彈性模量、屈服強(qiáng)度等）、幾何形狀（截面尺寸、長度等）、載荷條件（載荷大小、作用方式等）和邊界條件（約束類型、約束剛度等）。穩(wěn)定性問題分類穩(wěn)定性問題分類及影響因素合理選擇材料采用合理的截面形狀和尺寸，避免應(yīng)力集中和薄弱環(huán)節(jié)。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計加強(qiáng)約束條件考慮預(yù)應(yīng)力效應(yīng)01020403通過預(yù)應(yīng)力技術(shù)引入壓應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。選用高強(qiáng)度、高剛度的材料，提高結(jié)構(gòu)承載能力。增加約束數(shù)量和剛度，限制結(jié)構(gòu)變形自由度。提高穩(wěn)定性措施與方法04剪切變形與剪切強(qiáng)度條件剪切變形過程及特點(diǎn)剪切變形是指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，物體發(fā)生的變形。剪切變形過程在剪切力作用下，物體的兩部分沿外力作用方向發(fā)生相對錯動，直至完全分離。剪切變形特點(diǎn)剪切變形時，物體的兩部分之間不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，只發(fā)生相對錯動；剪切面上正應(yīng)力很小，可忽略不計，剪切變形主要由切應(yīng)力引起。剪切變形定義剪切強(qiáng)度條件推導(dǎo)及意義根據(jù)剪切面上的應(yīng)力狀態(tài)和材料的剪切破壞準(zhǔn)則，推導(dǎo)出剪切強(qiáng)度條件，即剪應(yīng)力達(dá)到材料的剪切強(qiáng)度極限時，物體將發(fā)生剪切破壞。剪切強(qiáng)度條件推導(dǎo)剪切強(qiáng)度條件是判斷物體是否發(fā)生剪切破壞的重要依據(jù)，也是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)。剪切強(qiáng)度條件意義剪切破壞通常發(fā)生在剪切面上，表現(xiàn)為物體兩部分沿剪切面發(fā)生明顯的相對錯動。根據(jù)破壞形式的不同，剪切破壞可分為脆性剪切和塑性剪切兩種。為了防止剪切破壞的發(fā)生，可以采取以下措施：合理布置受力構(gòu)件，避免產(chǎn)生過大的剪切力；增加構(gòu)件的剪切面積，提高抗剪能力；采用高強(qiáng)度材料或進(jìn)行熱處理，提高材料的剪切強(qiáng)度。剪切破壞形式預(yù)防措施剪切破壞形式及預(yù)防措施05實驗方法與技術(shù)手段介紹123理解和掌握拉伸、壓縮與剪切的基本概念、原理和方法。通過實驗觀察和分析材料在拉伸、壓縮與剪切作用下的力學(xué)行為和變形特征。培養(yǎng)實驗操作能力、數(shù)據(jù)處理能力和分析解決問題的能力。實驗?zāi)康暮鸵饬x利用拉伸試驗機(jī)對試樣施加拉伸力，觀察試樣的變形和斷裂行為，測定材料的拉伸強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、延伸率等指標(biāo)。拉伸實驗利用壓縮試驗機(jī)對試樣施加壓縮力，觀察試樣的變形和破壞行為，測定材料的壓縮強(qiáng)度、彈性模量等指標(biāo)。壓縮實驗利用剪切試驗機(jī)對試樣施加剪切力，觀察試樣的剪切變形和破壞行為，測定材料的剪切強(qiáng)度、剪切模量等指標(biāo)。剪切實驗利用金相顯微鏡觀察試樣在拉伸、壓縮與剪切作用下的微觀組織和結(jié)構(gòu)變化，分析材料的力學(xué)行為和變形機(jī)制。金相顯微鏡觀察常見實驗方法和技術(shù)手段對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計算和處理，繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線等圖表。比較不同材料、不同條件下的實驗結(jié)果，分析影響材料力學(xué)行為的因素及其作用機(jī)理。結(jié)合理論知識和實際應(yīng)用，對實驗結(jié)果進(jìn)行深入分析和討論，提出改進(jìn)和優(yōu)化材料力學(xué)性能的建議和措施。分析實驗結(jié)果，討論材料在拉伸、壓縮與剪切作用下的力學(xué)行為和變形特征，解釋實驗現(xiàn)象和規(guī)律。實驗結(jié)果分析和討論06組合加載下材料力學(xué)行為研究拉伸與壓縮組合同時受到拉伸和壓縮力的作用，材料可能產(chǎn)生復(fù)雜的變形行為。剪切與壓縮組合剪切力作用在受壓縮的材料上，可能導(dǎo)致材料的斷裂或塑性變形。多向應(yīng)力狀態(tài)材料在多個方向上同時受到力的作用，產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力分布和變形。組合加載類型和特點(diǎn)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系分析材料在組合加載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，了解材料的力學(xué)性能和變形特點(diǎn)。強(qiáng)度理論應(yīng)用強(qiáng)度理論來預(yù)測材料在組合加載下的破壞形式和極限承載能力。變形協(xié)調(diào)性分析研究材料各部分之間的變形協(xié)調(diào)性，以避免因局部應(yīng)力集中而導(dǎo)致的破壞。組合加載下材料力學(xué)行為分析030201安全性評估通過實驗和理論計算，評估材料在組合加載下的安全性能和使用壽命。預(yù)防措施針對可能出現(xiàn)的破壞形式和失效模式，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，如優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、選用高強(qiáng)度材料等。定期檢查與維護(hù)對承受組合加載的材料進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全隱患。組合加載下安全性評估和預(yù)防措施07工程應(yīng)用案例分析拉伸在機(jī)械工程中，拉伸是常見的加載方式之一，如吊裝重物、拉伸金屬桿等。在這些情況下，物體受到軸向拉伸力的作用，可能導(dǎo)致其長度增加、截面面積減小。壓縮壓縮也是工程中常見的加載方式，如橋梁的橋墩、建筑物的承重柱等。在這些情況下，物體受到軸向壓力的作用，可能導(dǎo)致其長度減小、截面面積增加。剪切剪切作用在工程中也十分常見，如鉸接結(jié)構(gòu)中的銷釘連接、螺栓連接等。在這些情況下，物體受到剪切力的作用，可能導(dǎo)致其發(fā)生相對錯動或斷裂。拉伸、壓縮和剪切在工程中的應(yīng)用壓縮問題某橋梁的橋墩在長期承受軸向壓力的作用下，出現(xiàn)了壓縮變形和裂縫，如何評估橋墩的承載能力和安全性？剪切問題某機(jī)械結(jié)構(gòu)中的螺栓連接在受到剪切力作用時發(fā)生了斷裂，如何分析螺栓連接的受力情況和優(yōu)化設(shè)計方案？拉伸問題某吊裝設(shè)備在吊裝重物時，由于重物過重導(dǎo)致吊裝鋼絲繩發(fā)生拉伸變形，如何評估鋼絲繩的安全性和穩(wěn)定性？案例分析：拉伸、壓縮和剪切的實際問題拉伸問題解決方案01可以通過計算鋼絲繩的拉伸應(yīng)力和應(yīng)變，評估其安全性和穩(wěn)定性。同時，可以采取增加鋼絲繩數(shù)量或更換更高強(qiáng)度的鋼絲繩等措施來提高吊裝設(shè)備的安全性。壓縮問題解決方案02可以通過對橋墩進(jìn)行壓縮試驗和有限