工程力学(静力学与材料力学)单辉祖工力-8轴向拉伸与压缩课件.ppt

单辉祖：材料力学Ⅰ 第 8章　轴向拉压应力与材料的力学性能 本章主要研究： ? 拉压杆的内力、应力与强度计算 ? 材料在拉伸与压缩时的力学性能 ? 拉压杆的变形 ? 拉压杆连接部分的强度计算 ? 拉压杆的静不定问题 §1 引言 §2 轴力与轴力图 §3 拉压杆的应力 §4 材料拉伸时的力学性能 §5 应力集中的概念 §6 许用应力与轴向拉压强度条件 §7 胡克定律与拉压杆变形 §8 简单拉压静不定问题 §9 连接部分的强度计算 §1 引 言 ? 轴向拉压实例 ? 轴向拉压及其特点 ? 轴向拉压实例 ? 轴向拉压及其特点 外力特征：外力或其合力作用线沿杆件轴线 变形特征：轴向伸长或缩短，轴线仍为直线 §2 轴力与轴力图 ? 轴力 ? 轴力计算 ? 轴力图 ? 例题 ? 轴力 ? 轴力计算 ? 轴力图 ? 例 题 §3 拉压杆的应力 ? 拉压杆横截面上的应力 ? 拉压杆斜截面上的应力 ? 圣维南原理 ? 例题 ? 拉压杆横截面上的应力 ? 拉压杆斜截面上的应力 ? 圣维南原理 ? 例 题 ? 例 题 ? 例 题 §4 材料拉伸时的力学性能 ? 拉伸试验与应力－应变图 ? 低碳钢拉伸力学性能 ? 材料卸载与再加载时的力学行为 ? 低碳钢拉伸力学性能 ? 材料在卸载与再加载时的力学行为 ? 材料的塑性 §5 材料拉压力学性能进一步研究 ? 一般金属材料的力学性能 ? 复合与高分子材料的力学性能 ? 材料压缩时的力学性能 §6 应力集中与材料疲劳 ? 应力集中概念 ? 应力集中对构件强度的影响 ? 应力集中概念 ? 应力集中对构件强度的影响 §7 许用应力与轴向拉压强度条件 ? 失效与许用应力 ? 轴向拉压强度条件 ? 例题 ? 失效与许用应力 ? 轴向拉压强度条件 2. 拉伸试验 ? 试验装置 ? 拉伸试验与拉伸图 ( F-Dl 曲线 ) 滑移线 滑移线 缩颈与断裂 sb-强度极限 E = tana - 弹性模量 sp-比例极限 ss-屈服极限 e p－塑性应变 s e－弹性极限 e e－弹性应变 冷作硬化：由于预加塑性变形, 使s e 或s p 提高的现象 ? 伸长率 l－试验段原长（标距） Dl0－试验段残余变形 ? 塑性 材料能经受较大塑性变形而不破坏的能力 ? 断面收缩率 ? 塑性与脆性材料 塑性材料： d ? 5 % 例如结构钢与硬铝等 脆性材料： d 5 % 例如灰口铸铁与陶瓷等 A－试验段横截面原面积 A1－断口的横截面面积 ? 一般金属材料的力学性能 ? 复合与高分子材料的力学性能 ? 材料压缩时的力学性能 ? e /% s /MPa 30铬锰硅钢 50钢 硬铝 塑性材料拉伸 s 0.2－名义屈服极限 灰口铸铁拉伸 断口与轴线垂直 复合材料 高分子材料 低碳钢压缩 愈压愈扁 灰口铸铁压缩 s cb= 3~4s tb 断口与轴线约成45o 由于截面急剧变化引起应力局部增大现象－应力集中 应力集中因数 smax－最大局部应力 sn －名义应力 应力集中 ? 对于脆性材料构件，当 smax＝sb 时，构件断裂 ? 对于塑性材料构件，当smax达到ss 后再增加载荷， s 分布趋于均匀化，不影响构件静强度 ? 应力集中促使疲劳裂纹的形成与扩展，对构件（ 塑性与脆性材料）的疲劳强度影响极大 断裂与屈服，相应极限应力 构件工作应力的最大容许值 n ? 1 安全因数 静荷失效 许用应力 保证拉压杆不致因强度不够而破坏的条件 校核强度 知杆外力、A与[s]，检查杆能否安全工作 截面设计 知杆外力与[s]，确定杆所需横截面面积 确定承载能力 知杆A与[s]，确定杆能承受的FN,max 常见强度问题类型 强度条件 - 变截面变轴力拉压杆 - 等截面拉压杆 例 7-1 已知：A1=A2=100 mm2，[s t ]=200 MPa， [sc ]=150 MPa 试求：载荷F的许用值 [F] = ? 解：1. 轴力分析 2. 确定[F] 例 7-2 已知： l, h, F（0xl）, AC为刚性梁, 斜撑杆 BD 的许用应力为 [s ] 试求：为使杆 BD 重量最轻, q 的最佳值 斜撑杆 解：1. 斜撑杆受力分析 2. q 最佳值的确定 欲使VBD最小， * * 轴向