材料力學構件受力變形及其應力.ppt

強度 構件抵抗破壞的能力稱為構件的強度。,剛度 構件抵抗變形的能力稱為構件的剛度。,穩(wěn)定性 壓桿能夠維持其原有直線平衡狀態(tài)的能力稱為壓桿的穩(wěn)定性。,材料力學基本概念 第一節(jié) 強度、剛度與穩(wěn)定性的概念 構件在外力作用下，其尺寸和形狀總會有不同程度的改變，這種改變稱為變形。變形分為彈性變形和塑性變形。 彈性變形: 隨外力去除而消失的變形，可恢復原形。 塑性變形：外力除去后構件的尺寸和形狀不能完全恢復原狀。,一、構件受力和變形的種類,1.構件受力的種類 機械工作時，其各部分均受到力的作用，這些作用在構件上的力稱為載荷。,按載荷作用方式分類：集中載荷和分布載荷。 集中載荷：由極小的面積傳遞給構件的力，計算時一般認為集中載荷作用于一點。,分布載荷：連續(xù)分布在構件某段長度或面積上的外力。 分布載荷又分為均勻分布載荷和不均勻分布載荷。,按載荷作用性質分類： 靜載荷：由零開始緩慢增加至某一定值后不隨時間變化(不使物體產生加速度） 動載荷：載荷大小隨時間變化的力 （交變載荷、沖擊載荷）,2. 變形的基本形式,工程實際中的構件種類繁多，根據其幾何形狀，可以簡化為四類：桿、板、殼、塊 。,本章研究的主要對象是等截面直桿(簡稱等直桿),等直桿在載荷作用下，其基本變形的形式有： 1.軸向拉伸和壓縮變形；2.剪切變形； 3.扭轉變形；4.彎曲變形。,兩種或兩種以上的基本變形組合而成的，稱為組合變形。,材料的力學性能：材料在外力作用下，其強度和變形方面所表現出來的性能。它是通過試驗的方法測定的，是進行強度、剛度計算和選擇材料的重要依據。,工程材料的種類：根據其性能可分為塑性材料和脆性材料兩大類。低碳鋼和鑄鐵是這兩類材料的典型代表，它們在拉伸和壓縮時表現出來的力學性能具有廣泛的代表性。,第二節(jié) 材料在拉伸時的力學性能,常溫、靜載試驗 ：L=510d,L,d,F,F,將金屬按國家標準制成圖示標準拉伸試樣，在拉伸試驗機上進行拉伸試驗。試驗結果可以自動繪出以伸長量L為橫坐標，以拉伸載荷F為縱坐標的拉伸圖。圖示為低碳鋼拉伸圖。,一、低碳鋼試件拉伸圖,低碳鋼的拉伸圖曲線分析：,O,b,c,d,e,試件在拉伸過程中經歷了四個階段，,ob段彈性變形階段,bc段屈服階段,cd段強化階段,de段縮頸斷裂階段,Fe,F,L,Fs,Fb,低碳鋼標準拉伸試件安裝在拉伸試驗機上， 然后對試件緩慢施加拉伸載荷，直至把試件拉斷。,二、低碳鋼應力應變曲線圖 從剛才的拉伸圖來看，金屬在外力作用下，隨著載荷 的增加，可先后發(fā)生彈性變形、塑性變形、直至斷裂。 根據拉伸過程中試件承受的應力和產生的應變之間 的關系，可以繪制出該低碳鋼的 曲線。 應力應變曲線圖,=,低碳鋼的 曲線分析：,O,a,b,c,d,e,試件在拉伸過程中經歷了四個階段，有兩個重要的強度指標。,ob段彈性階段(比例極限p彈性極限e ),bc段屈服階段 屈服點,cd段強化階段 抗拉強度,de段縮頸斷裂階段,p,e,1. 彈性階段 比例極限p oa段是直線，應力與應變在此段成正比關系，材料符合虎克定律 直線oa的斜率 就是材料的彈性模量，直線部分最高點所對應的應力值記作p，稱為材料的比例極限。曲線超過a點，圖上ab段已不再是直線，說明材料已不符合虎克定律。但在ab段內卸載，變形也隨之消失，說明ab段也發(fā)生彈性變形，所以ab段稱為彈性階段。b點所對應的應力值記作e ，稱為材料的彈性極限。 彈性極限與比例極限非常接近，工程實際中通常對二者不作嚴格區(qū)分，而近似地用比例極限代替彈性極限。,2.屈服階段 屈服點 曲線超過b點后，出現了一段鋸齒形曲線，這階段應力沒有增加，而應變依然在增加，材料好像失去了抵抗變形的能力，把這種應力不增加而應變顯著增加的現象稱作屈服，bc段稱為屈服階段。屈服階段曲線最低點所對應的應力 稱為屈服點(或屈服極限)。在屈服階段卸載，將出現不能消失的塑性變形。工程上一般不允許構件發(fā)生塑性變形，并把塑性變形作為塑性材料破壞的標志，所以屈服點 是衡量材料強度的一個重要指標。,3.強化階段 抗拉強度 經過屈服階段后，曲線從c點又開始逐漸上升，說明要使應變增加，必須增加應力，材料又恢復了抵抗變形的能力，這種現象稱作強化，cd段稱為強化階段。曲線最高點所對應的應力值記作 ，稱為材料的抗拉強度(或強度極限)，它是衡量材料強度的又一個重要指標。,4.局部變形階段 曲線到達d點前，試件的變形是均勻發(fā)生的，曲線到達d點，在試件比較薄弱的某一局部(材質不均勻或有缺陷處)，變形顯著增加，有效橫截面急劇減小，出現了縮頸現象，試件很快被拉斷，所以de段稱為縮頸斷裂階段。,5.延伸率和斷面收縮率 試件拉斷后，彈性變形消失，但塑性變形仍保 留下來。工程上用試件拉斷后遺留下來的變形 表示材料的塑性指標。常用的塑性指標有兩個:,伸長率:,%,斷面收縮率 :,%,L1 試件拉斷后的標距 L 是原標距 A1 試件斷口處的最小橫截面面積 A 原橫截面面積。,、 值越大，其塑性越好。一般把 5的材料稱為塑性材料，如鋼材、銅、鋁等；把 5的材料稱為脆性材料，如鑄鐵、混凝土、石料等。,二、 拉伸時的強度計算,1.許用應力和安全系數,極限應力：材料喪失正常工作能力時的應力。塑性變形是塑性材料破壞的標志。屈服點 為塑性材料的極限應力。斷裂是脆性材料破壞的標志。因此把抗拉強度 ，作為脆性材料的極限應力。,許用應力：構件安全工作時材料允許承受的最大應力。構件的工作應力必須小于材料的極限應力。,塑性材料：, =,脆性材料：, =,n s、n b是安全系數: n s =1.22.5,n b 2.