化工機(jī)械基礎(chǔ)

1、第二秦直杓的衣伸既滿(mǎn)足剛度強(qiáng)度和穩(wěn)定等條件的要求又尺 寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)形狀合理既能正確分析和計(jì)算構(gòu)件的變形和內(nèi)力, 又了解和掌握構(gòu)件的材料的力學(xué)性質(zhì)在工程實(shí)際中，如果構(gòu)件的長(zhǎng)度比橫向尺寸大得多，這樣的構(gòu)件成為(b)(a)等截面直桿(c等截面曲桿1-32(E板一、對(duì)變形固體作的三個(gè)假設(shè)連續(xù)性假設(shè)均勻性假設(shè)各向同性假設(shè)、桿件基本變形1、拉伸、壓縮2、彎曲3、剪切P廠(chǎng)1十1P1L_4、扭轉(zhuǎn)M第一節(jié)直桿的拉伸與壓縮、工程實(shí)例2020/4/13容器及支座拉伸和壓縮時(shí)的受力特點(diǎn)是：沿著桿件的軸線(xiàn)方向作用一對(duì)大小相等、方向相反的外力。當(dāng)外力背離桿件時(shí)稱(chēng)為軸向拉伸，外力 指向桿件時(shí)稱(chēng)為軸向壓縮。拉伸和壓縮時(shí)

2、的變形特點(diǎn)是：拉伸時(shí) 桿件沿軸向伸長(zhǎng)，橫向尺寸縮??；壓縮時(shí)桿件 祜編向細(xì)短，繼向冃寸增夭。1、概念：由外力引起的物體內(nèi)部相 互作用力的變化量稱(chēng)為附加內(nèi)力, 簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)力。2、截面法uPX, 1 F-把由于拉伸或壓縮變形而 產(chǎn)生的橫截面上的內(nèi)力稱(chēng) 為軸力，用N表示。根據(jù)平 衡條件，可求出內(nèi)力N的大 ?。憾?, N-P二a ：N二P(b)軸力，拉為正，壓為負(fù)假想用一平面將桿從 mm處截開(kāi)，然啟取 其中的任何一半為研究 對(duì)象，列岀其平衡方程。-例如取左半段時(shí)，可得:N = P-Q卩若取右半段為對(duì)象， 則有由f=Qi + Q； +S1所以P-Qi=Q1+Q13Q3QI截面法步驟1在需要求內(nèi)力處假想用一橫截

3、面將構(gòu) 件截開(kāi)，分成兩部分；2、以任一部分為研究對(duì)象； 3、在截面上加上內(nèi)力，以代替另一部分對(duì)研究對(duì)象的作用 面上的內(nèi)力。寫(xiě)出研究對(duì)象的平衡方程式,解出截三、拉伸和壓縮時(shí)橫截面上的應(yīng)力1應(yīng)力概念應(yīng)力是單位面積上的內(nèi)力，它的大小可以表示內(nèi) 力分布的密集程度。如橫截面面積為A,則作用在單位橫截面面積上的內(nèi)力的大小為:2、拉伸和壓縮時(shí)橫截面上的應(yīng)力n mAnmn八 m橫截面上的正應(yīng)力:cr =3、應(yīng)力集中這種在截面突變處應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力集中OpIPA圖1-37截面突變處應(yīng)力局部增大例21求截面11, 2-2,3上的軸力和應(yīng)力， 畫(huà)軸力圖，已知A=400mm2oM = 2MNN2 =30-2

4、0 = 10kN20kNM =40 + 30 20 = 50冊(cè)N _ -20xl03T 400xl0-6=-5QMPa22330kN 40kN12312醐廿1N20kN30kN 22N2 _ 10xl03A 400x10=25MPa20kNSOkN 40kN N3 3_ N3 _ 50x10? _ A 400x10125Mu軸力圖四、桿件受拉伸或壓縮時(shí)的應(yīng)變L + L圖 1-38受軸向拉伸變形絕對(duì)伸長(zhǎng)AL, 相對(duì)伸長(zhǎng)或線(xiàn)應(yīng)變ALL第二節(jié)拉伸和壓縮時(shí)材料的力學(xué)性能一、拉伸和壓縮試驗(yàn)室溫、靜載（緩慢加載）、小變形等條件L1R傘屬標(biāo)準(zhǔn)試件，圓截面長(zhǎng)試件標(biāo)距L二10d； 短試件 L二5d, d二 10

5、mm。2020/4/1320坐標(biāo)紙上以橫坐標(biāo)表示AL,縱坐標(biāo)表示P,畫(huà)出試樣的受力與變形關(guān)系的曲線(xiàn)，這個(gè)曲線(xiàn)稱(chēng)為拉伸曲線(xiàn)?？v坐標(biāo)P除以試樣原有橫截面面積，變換成應(yīng) 力0,橫坐標(biāo)AL除以試樣原長(zhǎng)L,變換成應(yīng)變 , o-e曲線(xiàn)就與試樣尺寸無(wú)關(guān)，稱(chēng)為應(yīng)力- 應(yīng)變圖，它直接反映了材料的機(jī)械性能。低的實(shí)其性 、鋼伸及學(xué)二碳拉驗(yàn)力能拉伸試驗(yàn)P-AL曲線(xiàn)拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)1、彈性變形階段、虎克定律0A,彈性階段。A點(diǎn)所示應(yīng)力是保證材料不發(fā)生不可恢復(fù)變形的最高限值，由于這個(gè)階段應(yīng)力和應(yīng)變成 正比，故又稱(chēng)比例極限6（彈性極限），例如Q235-A200MPaAL =PL虎克定律EAE彈性模量，低碳鋼E=(2.0-2

6、.1)xl05MPaE值的大小反映的是材料抵抗彈性變形 能力的高低。EA抗拉剛度I橫向變形橫向線(xiàn)應(yīng)變Arf d、 d d dv橫向變形系數(shù)或泊松比V =材料名稱(chēng)彈性模量E/105MPa低碳鋼 中碳鋼 低合金鋼 合金鋼 灰口鑄鐵 球星鑄鐵 鋁合金硬質(zhì)合金混凝土木材（順紋）4516Mn40CrNiMoALY122.0-242.052.02.10.61.621.5-1.80.713.0 1520360.09-0-12泊松比0.24-0.280.25-0.300.23-0.270.330.16-0.18拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)2、屈服階段、屈服極限丙材料對(duì)外力“屈服”的最低應(yīng)力值CFs稱(chēng)為 材料的屈服極限。試

7、件內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到屈服 極限以后所發(fā)生的變形，經(jīng)試驗(yàn)證明是不 可恢復(fù)的變形，這時(shí)即使將外力卸掉，試 件也不會(huì)完全恢復(fù)原來(lái)的形狀。Q235-A as 二235MPa名義屈服極限E.2： 0.2%的塑性應(yīng)變所對(duì) 應(yīng)的應(yīng)力3、強(qiáng)化階段、強(qiáng)度極限經(jīng)過(guò)屈服階段以后，材料又 顯示出抵抗變形的能力。這 時(shí)要使材料繼續(xù)發(fā)生變形，就必需繼續(xù)增加外力，這種現(xiàn)象稱(chēng)為材料的強(qiáng)化現(xiàn)象。CD段稱(chēng)為強(qiáng)化階段。強(qiáng)化階段的頂點(diǎn)D所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力是材料所能承受的最大應(yīng)力,稱(chēng)為強(qiáng)度極限，以表示Q235-Ajb =375- 500MPa4、頸縮階段（局部變形階段）應(yīng)力到達(dá)強(qiáng)度極限時(shí)，試 件不再均勻地變形，在試 件某一部分的截面，發(fā)生 顯著的

8、收縮，即所謂縮頸 現(xiàn)象。過(guò)了D點(diǎn)以后，因 縮頸處橫截面面積已顯著 減小，抵抗外力的能力也 繼續(xù)減小，變形還是繼續(xù) 增加，載荷下降，達(dá)到E 點(diǎn)時(shí)，試件發(fā)生斷裂。(1)延伸率T - TxlOO%635%為塑性材料；85%為脆性材料。低碳鋼：20-30%,鑄鐵：1%(2)截面收縮率屮A-AxlOO%低碳鋼：60%強(qiáng)度性能：S表7K 彈性性能:E表示抵抗破壞的能力，用（Js和抵抗彈性變形的能力，用塑性性能：塑性變形的能力，用延伸率6和截面收縮率屮表示三、鑄鐵拉伸的應(yīng)力應(yīng)變圖IIIor/%曲線(xiàn)中無(wú)直線(xiàn)部分，但是, 應(yīng)力較小時(shí)的一段曲線(xiàn)很 接近于直線(xiàn)，故虎克定律 還可以適用。鑄鐵拉伸時(shí) 無(wú)屈服現(xiàn)象和頸縮現(xiàn)

9、象， 試件在斷裂時(shí)無(wú)明顯的塑 性變形，斷開(kāi)平齊，強(qiáng)度 極限較低。灰鑄鐵S =205MPa四、低碳鋼壓縮的應(yīng)力應(yīng)變圖五、鑄鐵壓縮的應(yīng)力應(yīng)變圖受壓/%要區(qū)別1.塑性材料在斷裂時(shí)有明顯的塑性變形; 而脆性材料在斷裂時(shí)變形很小；2塑性材料在拉伸和壓縮時(shí)的彈性極限、屈服極限和彈性模量都相同，它的抗拉 和抗壓強(qiáng)度相同。而脆性材料的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于抗拉強(qiáng)度，因此，脆性材料通 常用來(lái)制造受壓零件。材料名稱(chēng)普通碳素鋼Q235-A20優(yōu)質(zhì)碳素鋼45低合金鋼16Mn15MnV不銹耐酸鋼lCrl30Crl8Ni9HT150灰口鑄鐵HT250QT500-7球墨鑄鐵屈服極限4ZMP220240強(qiáng)度極限幾/MP& 37550

10、0240410335325355345205320570470620490640540520120205500延伸率心/%用途舉例25 2725用于螺栓、螺母、低壓儲(chǔ)槽. 容器、熱交換器外殼及底等低壓設(shè)備法蘭，換熱器管板及減速機(jī)軸、蝎桿等19各種運(yùn)動(dòng)設(shè)備的軸、大齒輪及重要的緊固零件等21各種壓力容器、大型儲(chǔ)油罐等1825407制造高壓鍋爐、高壓容器及大型儲(chǔ)編等軸、殼體、活塞：活塞桿等 閥體、容器及其他零件對(duì)強(qiáng)度要求不高，且具有較好 耐腐蝕能力的泵殼、容器、塔器、法蘭等泵殼、容器、齒輪、氣缸等用于軸承、蝎輪、受力較大的閥體等六、溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響1、高溫的影響(1)高溫對(duì)短期靜載試驗(yàn)的影響

11、50O 25 O 1 1dw、f2X a200 400600 800（2）高溫對(duì)長(zhǎng)期加載的影響碳鋼超過(guò)400度，外力不變，但變形隨時(shí) 間的延續(xù)而不斷增長(zhǎng)，不可恢復(fù)。蠕變條件：高溫和應(yīng)力2、低溫對(duì)材料力學(xué)性能的影響低碳鋼的彈性極限和屈服極限有所提高, 但延伸率降低，變脆.作業(yè)P92第8題一、極限應(yīng)力、許用應(yīng)力和安全系數(shù) 極限應(yīng)力用L表示0許用應(yīng)力以a表示M=安全系數(shù)n,其值恒大于1心卜空耳二152.0, nbHb=2.0 5.0塑性材料脆性材料當(dāng)桿內(nèi)的最大工作應(yīng)力達(dá)直到拉斷也不發(fā)生到材料的屈服極限時(shí)，沿整個(gè)桿的橫截面將同時(shí)發(fā)生塑性變形，影響桿的正 常工作明顯的塑性變形， 而且只有斷裂時(shí)才 喪失工

12、作能力以材料的屈服極限作為確定許用應(yīng)力的基礎(chǔ)，并用下式進(jìn)行計(jì)算許用應(yīng)力用下式確定安全系數(shù)的確定 主觀(guān)考慮與客觀(guān)實(shí)際間的差異。材料的性質(zhì)不均勻設(shè)計(jì)載荷的估計(jì)不精確簡(jiǎn)化假設(shè)與實(shí)際有出入強(qiáng)度儲(chǔ)備意外的載荷不利的條件二、拉伸和壓縮的強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件1 N 1cr 5 “ o = 125MPau管道吊架故強(qiáng)度不夠。另選12mm的圓鋼:al=125MP強(qiáng)度足夠例22下圖所示起重用鏈條是由圓鋼制成， 工作時(shí)受到的最大拉力為P=15kN。巳知圓鋼 材料為Q235-A鋼，許用應(yīng)力a=40MPao若 只考慮鏈環(huán)兩邊所受的拉力，試確定圓鋼的直 徑d。標(biāo)準(zhǔn)鏈環(huán)圓鋼的直徑有5mm 7mm 8mm、9mm、11mm 13

13、mm、16mm、 18mm 20mm、23mm、鏈環(huán)解析：N鵜:藹P的圓鋼有兩根，所以，噸渾75007又因?yàn)?衛(wèi)=護(hù)2cr= 40JlPa = ANSmrr?純盤(pán)、7500N代入公式 7 - 40Wa故可選用d=16mm的圓鋼制作例23.如下圖為簡(jiǎn)易可旋轉(zhuǎn)的懸臂式吊車(chē)，由三角架構(gòu) 成。斜桿由兩根5號(hào)等邊角鋼組成，每根角鋼的橫截面面 積為A1=4.8cm2；水平橫桿由兩根10號(hào)槽鋼組成，每根 槽鋼的橫截面面積A2=12.74cm2。材料都是Q235-A鋼, 許用應(yīng)力s = 120MPao整個(gè)三角架可繞0191軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 電動(dòng)葫蘆能沿水平橫桿移動(dòng)，求能允許起吊的最大重量。 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，設(shè)備自身重量不計(jì)。結(jié)黑圖懸臂式吊車(chē)受力分析例24己知油壓力p=2MPa,內(nèi)徑 D=75mm,活靈桿直徑d=18mm, 材料的許用應(yīng)力a=50MPa,校核 活塞桿的強(qiáng)度。P=p = 8.84kN4NCT =AAp=34.7 x 10 Pa H 2.50 XO4WWORN&h/bHl4 0一 H H 13403 h- H 尹 Hk.JmmF H 95703 =3 H 13.3W0W2020、4、13例26懸臂起重機(jī)撐桿AB為中空鋼管，外徑 105mm,內(nèi)徑95mm。鋼索1和2互相平行, 且設(shè)鋼索1可作為相當(dāng)于直徑d=25mm的 圓鋼計(jì)算。材料a=60MPa,確定許可吊 重。Ag 15yx=o=0