轴向拉伸与压缩ppt课件.pptx

轴向拉伸与压缩轴向拉伸与压缩一、工程实例一、工程实例二、轴向拉（压）杆的内力二、轴向拉（压）杆的内力与轴力图与轴力图三、轴向拉（压）杆的强度三、轴向拉（压）杆的强度与变形与变形四、材料在拉（压）时的力四、材料在拉（压）时的力学性能学性能五、小结五、小结一一 工工程程实实例例请同学仔细看下图中的起重车请同学仔细看下图中的起重车下面请大家试着判断出钢绳的受力方向下面请大家试着判断出钢绳的受力方向其实在工程结构当中受轴向拉压变形的杆件相当之多，下面我们来看国内一座著名的桥梁江阴长江大桥一一 工工程程实实例例下面我们将所圈区域放大江阴长江大桥江阴长江大桥江阴长江大桥是江阴长江大桥是“中国第一、世界第四中国第一、世界第四”的特大跨径钢悬索桥的特大跨径钢悬索桥 一一 工工程程实实例例缆索一一 工工程程实实例例轴向 拉杆一一 工工程程实实例例看了图片之后，大家想知道这个杆件的尺寸看了图片之后，大家想知道这个杆件的尺寸是怎么确定的吗？那么通过本章的学习大家是怎么确定的吗？那么通过本章的学习大家可以作一个大致的了解。可以作一个大致的了解。？外力特征外力特征：作用于杆上的外力的合力作用线与杆件的轴线重合。：作用于杆上的外力的合力作用线与杆件的轴线重合。一一 工工程程实实例例杆的受力简图为杆的受力简图为F FF F拉伸拉伸F FF F压缩压缩变形特点变形特点：主要变形为轴向伸长或缩短：主要变形为轴向伸长或缩短一一 工工程程实实例例讨论题讨论题：在下图所示各杆件中哪些是属于轴向拉伸或压缩？在下图所示各杆件中哪些是属于轴向拉伸或压缩？（1）（3）（4）（2）P原有内力原有内力P 附加内力附加内力（一）内力（一）内力P二二 轴轴向向拉拉压压杆杆的的内内力力与与轴轴力力图图1 1、内力的概念、内力的概念P+P 工程力学中工程力学中的内力的内力2 2、轴力、截面法、轴力、截面法二二 轴轴向向拉拉压压杆杆的的内内力力与与轴轴力力图图（1 1）轴力：由于轴向拉压横截面上由于轴向拉压横截面上引起的内力作用线与杆的轴线一致，引起的内力作用线与杆的轴线一致，称为轴力称为轴力P PP PN NP PP PmmN N（2 2）截面法求轴力（求轴力（4 4个步骤）个步骤）1、假想沿、假想沿m-m横截面将杆切开；横截面将杆切开；2、留下左半段或右半段；留下左半段或右半段；3、将抛掉部分对留下部分的作将抛掉部分对留下部分的作用用内力代替；用用内力代替；4、对留下部分写平衡方程求出、对留下部分写平衡方程求出内力即轴力的值。内力即轴力的值。（3 3）轴力的符号规定二二 轴轴向向拉拉压压杆杆的的内内力力与与轴轴力力图图 同同一一位位置置处处左左、右右侧侧截截面面上上内内力分量必须具有相同的正负号。力分量必须具有相同的正负号。轴力的轴力的正负号正负号：轴力以拉为正，以压为负。：轴力以拉为正，以压为负。也可以说，若轴力方向背离截面为正；指向截面为负。也可以说，若轴力方向背离截面为正；指向截面为负。+FF二二 轴轴向向拉拉压压杆杆的的内内力力与与轴轴力力图图（二）轴力图（二）轴力图轴力图轴力图表示轴力沿杆件轴线变化规律的图线。（1）集中外力多于两个时，分段用截面法求轴力，作）集中外力多于两个时，分段用截面法求轴力，作轴力图轴力图。（2）轴轴力力图图中中：横横坐坐标标代代表表横横截截面面位位置置，纵纵轴轴代代表表轴轴力力大大小小。标标出出轴轴力力值及正负号（一般：正值画上方，负值画下方）。值及正负号（一般：正值画上方，负值画下方）。（3）轴力只与外力有关，截面形状变化不会改变轴力大小。）轴力只与外力有关，截面形状变化不会改变轴力大小。二二 轴轴向向拉拉压压杆杆的的内内力力与与轴轴力力图图例题：试画出图示杆件的轴力图。已知 P1=10kN；P2=20kN；P3=35kN；P4=25kN；解：1、计算杆件各段的轴力。AB段BC段CD段2、绘制轴力图。11N1P12233N3P4N2P1P2P1P3P2P4ABCD二二 轴轴向向拉拉压压杆杆的的内内力力与与轴轴力力图图例题：由一高度为H的正方形截面石柱，顶部作用有轴心压力P。已知材料的容重为r，作柱的轴力图。nnHPPN解：柱的各截面轴力大小是变化的。计算任意截面n-n上的轴力N（x）时，将柱从该假想地截开，取上段作为研究对象。由平衡条件：得：最后依据此轴力方程再绘制出轴力图三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的应应力力（一）应力、应变（一）应力、应变1 1、应力、应力分布内力在截面内一点的密集程度M点的应力定义 F2AMF1剪应力剪应力在截面切线方向的应力在截面切线方向的应力正应力正应力在截面法线方向的应力在截面法线方向的应力(M点的点的合应力合应力)单位：帕斯卡，简称帕(Pa).F3AMF FF F引入：平均应力平均应力三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的应应力力3 3、应变、应变（二）轴向拉压杆横截面上的正应力（二）轴向拉压杆横截面上的正应力三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的应应力力研究方法：研究方法：实验观察作出假设实验验证理论分析即即FFF结论结论：横截面上应力为均匀分布，以表示。正负号规定正负号规定：拉应力为正，压应力为负。的适用条件的适用条件:1、只适用于轴向拉伸与压缩杆件，即杆端处力的合 力作用线与杆件的轴线重合。2、只适用于离杆件受力区域稍远处的横截面。三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的强强度度与与变变形形例题：图示结构，试求杆件AB、CB的应力。已知 P=20kN；斜杆AB为直径20mm的圆截面杆，水平杆CB为1515的方截面杆。解：1、计算各杆件的轴力。（设斜杆AB为1杆，水平杆BC为2杆）用截面法取节点B为研究对象B BP P4545三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的强强度度与与变变形形p pA AB BC C452、计算各杆件的应力。三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的强强度度与与变变形形B BP P4545P PA AB BC C45极限应力：极限应力：杆件中的应力随着外力的增加而增加，当其达到某一极限时，材料将会发生破坏，此极限值称为极限应力或危险应力，以 表示。三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的强强度度与与变变形形（二）强度条件（二）强度条件所以工作应力但是由于：1、作用在构件上的外力常常估计不准确；2、构件的外形及所受外力较复杂，计算时需进行简化，因此工作应力均有一定程度的近似性；3、材料均匀连续、各向同性假设与实际构件的出入，且小试样还不能真实地反映所用材料的性质等。必须引入安全系数三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的强强度度与与变变形形安全系数和容许应力：安全系数和容许应力：工作应力极限应力塑性材料脆性材料塑性材料的容许应力脆性材料的容许应力 k k 安全系数安全系数 容许应力容许应力三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的强强度度与与变变形形强度条件：强度条件：根据强度条件，可以解决三类强度计算问题1、强度校核：2、设计截面：3、确定许可载荷：要使拉压杆有足够的强度，要求杆内的最大工作应力不超过材料的许用应力，即强度条件为三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的强强度度与与变变形形例题：图示结构，钢杆1：圆形截面，直径d=16 mm,杆2：方形截面，边长a=100mm,试求：(1)当作用在B点的载荷 P=20kN时，校核强度；(2)求在B点处所能承受的最大载荷。12CBA3m4mP解：分析此类问题的一般步骤：外力外力内力内力应力应力利用强度条利用强度条件校核强度件校核强度下面我们按照这个步骤来做解这道题目：三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的强强度度与与变变形形PB1、计算各杆件的轴力。（用截面法取节点B为研究对象）得：2、P=20KN时，校核强度1杆：2杆：因此结构安全。三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的强强度度与与变变形形3、F 未知，求许可载荷F各杆的许可内力为两杆分别达到许可内力时所对应的载荷1杆：2杆：确定结构的许可载荷为三三 轴轴向向拉拉压压杆杆的的强强度度与与变变形形（三）拉压杆的变形、胡克定律（三）拉压杆的变形、胡克定律1 1、轴向伸长（纵向变形）、轴向伸长（纵向变形）塑性材料的特点：塑性材料的特点：断裂前变形大，塑性指标高，抗拉能力强。常用指断裂前变形大，塑性指标高，抗拉能力强。常用指标标-屈服极限，一般拉和压时的屈服极限，一般拉和压时的s sS S相同。相同。脆性材料的特点：脆性材料的特点：断裂前变形小，塑性指标低。常用指标是断裂前变形小，塑性指标低。常用指标是 s sb b、s sbcbc且且s sb b s sbcbc。五、非金属材料的力学性能五、非金属材料的力学性能1 1、混凝土、混凝土近似匀质、各向同性材料近似匀质、各向同性材料。属脆性材料，一般用于抗压构件。属脆性材料，一般用于抗压构件。2 2、木材、木材各向异性材料各向异性材料3 3、玻璃钢、玻璃钢各向异性材料。优点是：重量轻，比强度高，工艺简单，耐腐蚀，抗各向异性材料。优点是：重量轻，比强度高，工艺简单，耐腐蚀，抗振性能好。振性能好。目目目目 录录录录目目目目 录录录录