模块二-强度与刚度.ppt

一、载荷与失效 1.载荷 §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 * 二、应力的类型 材料在工作时，其所受的外力不随时间而变化，这时其内部的应力大小不变，称为静应力；其所受的外力随时间呈周期性变化，这时内部的应力也随时间呈周期性变化，称为变应力。 循环应力指应力随时间呈周期性的变化，包括—— 对称循环变应力 非对称循环变应力 脉动循环变应力 §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 静应力只能在静载荷下产生 变应力可能在变载荷下产生 也可由静载荷下产生 * §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 三、许用应力与安全系数 塑性材料 脆性材料 * §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 【讨论】 1.构件的材料为什么要有强度储备（S1）？ 构件承受的载荷难以估计准确； 计算方法的近似性； 实际材料材质的不均匀性…… 2.安全系数S为什么要合理确定？ 安全系数S是解决安全与经济矛盾的关键—— S若取值过大，许用应力[? ]过低，造成材料浪费，不经济； S若取值过小，许用应力[? ]过高，虽然节省材料，不安全。 【思考】 为什么脆性材料的安全系数要大于塑性材料的安全系数？ * 四、拉伸与压缩时的强度条件 为了保证构件在外力作用下安全可靠地工作，必须使构件的最大工作应力小于材料的许用应力，即拉压杆的强度条件为 式中，FN和A分别为危险横截面上的内力和横截面积 。 运用强度条件可解决强度校核、横截面选择、确定许可载荷三种类型的问题。 【讨论】何为危险截面？产生最大应力的横截面。 等截面直杆：位于最大内力处； 变截面直杆：综合内力FN和横截面积A两方面确定。 §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 * 2 2 1 1 A B C l1 l2 F1 F2 §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 * §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 * D A B C C′ 【例】悬臂吊车如图所示，最大的吊重（包括电动葫芦 自重）W = 70kN。已知LAC=1140mm，LBC=360mm，LCC=150mm。斜拉杆 为一外径D =60mm、内径d =40mm的无缝钢管，和水平线的夹角 ，材料为Q235低碳钢，取安全系数S=2.0。试校核斜拉杆 的强度（当载荷位于梁右端B 处时）。 解 （1）求 杆所承受的最大外力 取横梁AB 为研究对象，画出其受力图，由平面任意力系的平衡方程可得 §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 * (2)求 杆的轴力 二力平衡的斜拉杆 ，其轴力 等于杆端受力，即 (3)校核强度 有 代入数据，得 斜拉杆 的受力如图b) ∑ D FC′ C′ FD b) 所示。根据作用与反作用定律， FC A B C C′ FAY FAX W c) §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 * 由式（4-2），得 MPa MPa﹤ 所以斜拉杆 的强度足够。 斜拉杆 的横截面积为 MPa=117.5MPa 取 MPa ，则拉杆的许用应力为 根据式 和材料力学性能的有关数据， §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 * 五、应力集中与温差应力 1.应力集中 局部应力显著增大的现象：应力集中，使零件破坏危险性增加。 §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 * 2.温差应力 由于温度变化，结构或构件产生伸或缩，而当伸缩受到限制时，结构或构件内部便产生应力，称为温差应力或热应力。 工业生产中输送高压蒸汽的管道要设置膨胀节，以避免受温度变化影响。 U形膨胀节 §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 * 变应力：工程中许多构件在工作时受到随时间而周期性变化的应力。 六、变应力与疲劳强度 d ) 一个应力循环 e ) §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 * §2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 * 裂纹缘 光滑区 粗糙区 【思考】用手折断铁丝,弯折一次一般不断,但反复来回弯折多次后,铁丝就会发生裂断,这就是材料受交变应力作用而破坏的例子。 2.影