材料力学构件受力变形及其应力.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,强度,构件抵抗破坏的能力称为,构件的强度,。,刚度,构件抵抗变形的能力称为,构件的刚度,。,稳定性,压杆能够维持其原有直线平衡状态的能力称为,压杆的稳定性,。,材料力学基本概念,第一节 强度、刚度与稳定性的概念,构件在外力作用下，其尺寸和形状总会有不同程度的改变，这种改变称为变形。,变形分为弹性变形和塑性变形。,弹性变形,:,随外力去除而消失的变形，可恢复原形。,塑性变形：,外力除去后构件的尺寸和形状不能完全恢复原状。,一、构件受力和变形的种类,1.,构件受力的种类,机械工作时，其各部分均受到力的作用，这些作用在构件上的力称为载荷。,按载荷作用方式分类,：,集中载荷和分布载荷。,集中载荷：,由极小的面积传递给构件的力，计算时一般认为集中载荷作用于一点。,分布载荷,：连续分布在构件某段长度或面积上的外力。,分布载荷,又分为,均匀分布载荷,和,不均匀分布载荷,。,按载荷作用性质分类：,静载荷,：由零开始缓慢增加至某一定值后,不随时间变化,(,不使物体产生加速度）,动载荷：载荷大小,随时间变化的力,（交变载荷、冲击载荷）,2.,变形的基本形式,工程实际中的构件种类繁多，根据其几何形状，可以简化为四类：,杆、板、壳、块,。,本章研究的主要对象是等截面直杆,(,简称,等直杆,),等直杆在载荷作用下，其,基本变形的形式有：,1.,轴向拉伸和压缩变形；,2.,剪切变形；,3.,扭转变形；,4.,弯曲变形,。,两种或两种以上的基本变形组合而成的，称为,组合变形。,材料的力学性能,：,材料在外力作用下，其强度和变形方面所表现出来的性能。它是通过试验的方法测定的，是进行强度、刚度计算和选择材料的重要依据。,工程材料的种类,：,根据其性能可分为,塑性材料,和,脆性材料,两大类。低碳钢和铸铁是这两类材料的典型代表，它们在拉伸和压缩时表现出来的力学性能具有广泛的代表性。,第二节 材料在拉伸时的力学性能,常温、静载试验,：,L=510d,L,d,F,F,将金属按国家标准制成图示标准拉伸试样，在拉伸试验机上进行拉伸试验。试验结果可以自动绘出以伸长量,L,为横坐标，以拉伸载荷,F,为纵坐标的拉伸图。图示为低碳钢拉伸图。,一、低碳钢试件拉伸图,低碳钢的拉伸图曲线分析：,O,b,c,d,e,试件在拉伸过程中经历了四个阶段，,ob,段,弹性变形阶段,bc,段,屈服阶段,cd,段,强化阶段,de,段,缩颈断裂阶段,F,e,F,L,F,s,F,b,低碳钢标准拉伸试件安装在拉伸试验机上，,然后对试件缓慢施加拉伸载荷，直至把试件拉断。,二、低碳钢应力,应变曲线图,从刚才的拉伸图来看，金属在外力作用下，随着载荷,的增加，可先后发生弹性变形、塑性变形、直至断裂。,根据拉伸过程中试件承受的,应力,和产生的,应变,之间,的关系，可以绘制出该低碳钢的 曲线。应力,应变曲线图,=,低碳钢的 曲线分析：,O,a,b,c,d,e,试件在拉伸过程中经历了,四个阶段,，有两个重要的,强度指标,。,ob,段,弹性阶段,(,比例极限,p,弹性极限,e,),bc,段,屈服阶段,屈服点,cd,段,强化阶段,抗拉强度,de,段,缩颈断裂阶段,p,e,1.,弹性阶段 比例极限,p,oa,段是直线，应力与应变在此段成正比关系，材料符合,虎克定律,直线,oa,的斜率 就是材料的弹性模量，直线部分最高点所对应的应力值记作,p,，,称为材料的,比例极限,。曲线超过,a,点，图上,ab,段已不再是直线，说明材料已不符合虎克定律。但在,ab,段内卸载，变形也随之消失，说明,ab段也发生弹性变形，,所以,ab,段称为弹性阶段。,b,点所对应的应力值记作,e,，,称为材料的,弹性极限,。,弹性极限与比例极限非常接近，工程实际中通常对二者不作严格区分，而近似地用比例极限代替弹性极限。,2.,屈服阶段 屈服点,曲线超过,b,点后，出现了一段锯齿形曲线，这,阶段应力没有增加，而应变依然在增加，材料好像失去了抵抗变形的能力，,把这种应力不增加而应变显著增加的现象称作屈服，,bc,段称为屈服阶段。,屈服阶段曲线最低点所对应的应力 称为,屈服点,(,或,屈服极限,),。在屈服阶段卸载，将出现不能消失的塑性变形。工程上一般不允许构件发生塑性变形，并把塑性变形作为塑性材料破坏的标志，所以屈服点,是衡量材料强度的一个重要指标。,3.,强化阶段 抗拉强度,经过屈服阶段后，曲线从,c,点又开始逐渐上升，说明要使应变增加，必须增加应力，材料又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称作强化，,cd,段称为强化阶段。曲线最高点所对应的应力值记作 ，称为材料的,抗拉强度,(,或强度极限,),，,它是衡量材料强度的又一个重要指标。,4.,局部变形阶段,曲线到达,d,点前，试件的变形是均匀发生的，曲线到达,d,点，在试件比较薄弱的某一局部,(,材质不均匀或有缺陷处,),，变形显著增加，有效横截面急剧减小，出现了缩颈现象，试件很快被拉断，所以,de,段称为缩颈断裂阶段。,5.,延伸率和断面收缩率,试件拉断后，弹性变形消失，但塑性变形仍保,留下来。工程上用试件拉断后遗留下来的变形,表示材料的塑性指标。常用的塑性指标有两个,:,伸长率,:,%,断面收缩率,:,%,L,1,试件拉断后的标距,L ,是原标距,A,1,试件断口处的最小横截面面积,A ,原横截面面积。,、值越大，其塑性越好。,一般把 ,5,的材料称为,塑性材料,，如钢材、铜、铝等；,把,5,的材料称为,脆性材料,，如铸铁、混凝土、石料等,。,二、拉伸时的强度计算,1.,许用应力和安全系数,极限应力,：,材料丧失正常工作能力时的应力。,塑性变形是塑性材料破坏的标志。屈服点 为塑性材料的极限应力。断裂是脆性材料破坏的标志。因此把抗拉强度,，,作为脆性材料的极限应力。,许用应力,：构件安全工作时材料允许承受的最大应力,。,构件的工作应力必须小于材料的极限应力。,塑性材料,：,=,脆性材料,：,=,n,s,、,n,b,是安全系数,:,n,s,=1.2,2.5,n,b,2.03.5,2.,强度计算：,为了使构件不发生破坏，保证构件安全工作的条件是：最大工作应力不超过材料的许用应力,。,这一条件称为,强度条件,。,应用该条件式可以解决以下三类问题：,校核强度,、,设计截面,、,确定许用应力,。,应用强度条件式进行的运算。,