材料力學課件全套1ppt

1、劉鴻文主編劉鴻文主編( (第第4 4版版) ) 高等教育出版社高等教育出版社目錄目錄第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 材料力學的任務(wù)材料力學的任務(wù)1.2 1.2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)1.3 1.3 外力及其分類外力及其分類1.4 1.4 內(nèi)力、截面法及應(yīng)力的概念內(nèi)力、截面法及應(yīng)力的概念1.5 1.5 變形與應(yīng)變變形與應(yīng)變1.6 1.6 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式目錄目錄1.1 1.1 材料力學的任務(wù)材料力學的任務(wù) 傳統(tǒng)具有柱、梁、檁、椽的木傳統(tǒng)具有柱、梁、檁、椽的木制房屋結(jié)構(gòu)制房屋結(jié)構(gòu)古代建筑結(jié)構(gòu)古代建筑結(jié)構(gòu)目錄目錄建于隋代（建于隋代（605605年）的河北趙州橋

2、橋年）的河北趙州橋橋長長64.464.4米，跨徑米，跨徑37.0237.02米，用石米，用石28002800噸噸一、材料力學與工程應(yīng)用一、材料力學與工程應(yīng)用古代建筑結(jié)構(gòu)古代建筑結(jié)構(gòu)建于遼代（建于遼代（10561056年）的山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔年）的山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔塔高塔高9 9層共層共67.3167.31米，用木材米，用木材74007400噸噸900900多年來歷經(jīng)數(shù)次地震不倒，現(xiàn)存唯一木塔多年來歷經(jīng)數(shù)次地震不倒，現(xiàn)存唯一木塔目錄目錄1.1 1.1 材料力學的任務(wù)材料力學的任務(wù)四川彩虹橋坍塌四川彩虹橋坍塌目錄目錄1.1 1.1 材料力學的任務(wù)材料力學的任務(wù)美國紐約馬爾克大橋坍塌美國紐約馬爾

3、克大橋坍塌比薩斜塔比薩斜塔1.1 1.1 材料力學的任務(wù)材料力學的任務(wù)目錄目錄1.1 1.1 材料力學的任務(wù)材料力學的任務(wù)1 1、構(gòu)件：、構(gòu)件：工程結(jié)構(gòu)或工程結(jié)構(gòu)或機械的每一組成部分。機械的每一組成部分。 （例如：行車結(jié)構(gòu)中的（例如：行車結(jié)構(gòu)中的橫梁、吊索等）橫梁、吊索等） 理論力學理論力學研究研究剛體剛體，研究，研究力力與與運動運動的關(guān)系。的關(guān)系。 材料力學材料力學研究研究變形體變形體，研究，研究力力與與變形變形的關(guān)系。的關(guān)系。二、基本概念二、基本概念2 2、變形：、變形：在外力作用下，固體內(nèi)各點相對位置的在外力作用下，固體內(nèi)各點相對位置的改變。改變。( (宏觀上看就是物體尺寸和形狀的改變）

4、宏觀上看就是物體尺寸和形狀的改變）3 3、內(nèi)力：、內(nèi)力：構(gòu)件內(nèi)由于構(gòu)件內(nèi)由于發(fā)生變形而產(chǎn)生的相發(fā)生變形而產(chǎn)生的相互作用力?；プ饔昧?。（內(nèi)力隨內(nèi)力隨外力的增大而增大外力的增大而增大）強度：強度：在載荷作用下，在載荷作用下，構(gòu)件構(gòu)件抵抗破壞抵抗破壞的能力。的能力。剛度：剛度：在載荷作用下，構(gòu)件在載荷作用下，構(gòu)件抵抗變形抵抗變形的能力。的能力。塑性變形塑性變形( (殘余變形殘余變形) ) 外力解除后不能消失外力解除后不能消失 彈性變形彈性變形 隨外力解除而消失隨外力解除而消失1.1 1.1 材料力學的任務(wù)材料力學的任務(wù)目錄目錄1.1 1.1 材料力學的任務(wù)材料力學的任務(wù)4 4、穩(wěn)定性：、穩(wěn)定性： 在

5、載荷在載荷作用下，作用下，構(gòu)構(gòu)件件保持原有保持原有平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)的的能力。能力。 強度、剛度、穩(wěn)定性強度、剛度、穩(wěn)定性是衡量構(gòu)件承載能力是衡量構(gòu)件承載能力的三個方面，材料力學就是研究構(gòu)件承載能力的三個方面，材料力學就是研究構(gòu)件承載能力的一門科學。的一門科學。 目錄目錄 研究構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性研究構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性, ,還需要了解材料的還需要了解材料的力學性能力學性能。因此在。因此在進行理論分析的基礎(chǔ)上，進行理論分析的基礎(chǔ)上，實驗研究實驗研究是完成材料力學的任務(wù)所必需的途徑和是完成材料力學的任務(wù)所必需的途徑和手段。手段。目錄目錄1.1 1.1 材料力學的任務(wù)材料力學的任務(wù) 材料力學

6、的任務(wù)就是在滿足強度、剛度材料力學的任務(wù)就是在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計既經(jīng)濟又安全既經(jīng)濟又安全的構(gòu)的構(gòu)件，提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法。件，提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法。三、材料力學的任務(wù)三、材料力學的任務(wù)若：構(gòu)件橫截面尺寸不足或形狀不合理,或材料選用不當 _ 不滿足上述要求, 不能保證安全工作.若：不恰當?shù)丶哟髾M截面尺寸或選用優(yōu)質(zhì)材料 _ 增加成本,造成浪費均不可取構(gòu)件的分類：構(gòu)件的分類：桿件、板殼桿件、板殼* *、塊體、塊體* *1.1 1.1 材料力學的任務(wù)材料力學的任務(wù)材料力學主要研究材料力學主要研究桿件桿件等截面直桿等截面直桿 等直桿等直桿四、材

7、料力學的研究對象四、材料力學的研究對象直桿直桿 軸線為直線的桿軸線為直線的桿曲桿曲桿 軸線為曲線的桿軸線為曲線的桿等截面桿等截面桿橫截面的大小橫截面的大小 形狀不變的桿形狀不變的桿變截面桿變截面桿橫截面的大小橫截面的大小 或形狀變化的桿或形狀變化的桿目錄目錄1.2 1.2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)1 1、連續(xù)性假設(shè)：、連續(xù)性假設(shè)：認為整個物體體積內(nèi)毫無空隙地充滿物質(zhì)認為整個物體體積內(nèi)毫無空隙地充滿物質(zhì) 在外力作用下，一切固體都將發(fā)生變形，在外力作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故稱為變形固體。故稱為變形固體。在材料力學中，對變形固體在材料力學中，對變形固體作如下假設(shè)：作如下假設(shè)：灰口鑄

8、鐵的顯微組織灰口鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織2 2、均勻性假設(shè)：、均勻性假設(shè)：認為物體內(nèi)的任何部分，其力學性能相同認為物體內(nèi)的任何部分，其力學性能相同1.2 1.2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)普通鋼材的顯微組織普通鋼材的顯微組織優(yōu)質(zhì)鋼材的顯微組織優(yōu)質(zhì)鋼材的顯微組織1.2 1.2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)a ab bc cf f12 如右圖，如右圖，遠小于構(gòu)件的最小尺寸，遠小于構(gòu)件的最小尺寸，所以通過節(jié)點平衡求各桿內(nèi)力時，把支所以通過節(jié)點平衡求各桿內(nèi)力時，把支架的變形略去不計。計算得到很大的簡架的變形略去不計。計算得到很大的簡化?；? 4、小變形與線

9、彈性范圍、小變形與線彈性范圍3 3、各向同性假設(shè)：、各向同性假設(shè)：認為在物體內(nèi)各個不同方向的力學性能相同認為在物體內(nèi)各個不同方向的力學性能相同（沿不同方向力學性能不同的材料稱為各向異性（沿不同方向力學性能不同的材料稱為各向異性材料。如木材、膠合板、纖維增強材料等）材料。如木材、膠合板、纖維增強材料等）認為構(gòu)件的變形極其微小，認為構(gòu)件的變形極其微小，比構(gòu)件本身尺寸要小得多。比構(gòu)件本身尺寸要小得多。1.3 1.3 外力及其分類外力及其分類外力：外力：來自構(gòu)件外部的力（載荷、約束反力）來自構(gòu)件外部的力（載荷、約束反力）按外力作用的方式分類按外力作用的方式分類體積力：體積力：連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點連續(xù)

10、分布于物體內(nèi)部各點 的力。的力。如重力和慣性力如重力和慣性力表面力：表面力：連續(xù)分布于物體表面上的力。連續(xù)分布于物體表面上的力。如油缸內(nèi)壁如油缸內(nèi)壁的壓力，水壩受到的水壓力等均為分布力的壓力，水壩受到的水壓力等均為分布力若外力作用面積遠小于物體表面的尺寸，可若外力作用面積遠小于物體表面的尺寸，可作為作用于一點的集中力。作為作用于一點的集中力。如火車輪對鋼軌如火車輪對鋼軌的壓力等的壓力等分布力：分布力：集中力：集中力：按外力與時間的關(guān)系分類按外力與時間的關(guān)系分類載荷緩慢地由零增加到某一定值后，就保持不變或變動很不顯著，載荷緩慢地由零增加到某一定值后，就保持不變或變動很不顯著，稱為靜載。稱為靜載。

11、靜載：靜載：動載：動載：載荷隨時間而變化。載荷隨時間而變化。如交變載荷和沖擊載荷如交變載荷和沖擊載荷1.3 1.3 外力及其分類外力及其分類交變載荷交變載荷沖擊載荷沖擊載荷內(nèi)力：內(nèi)力：外力作用引起構(gòu)件內(nèi)部的附加相互作用力。外力作用引起構(gòu)件內(nèi)部的附加相互作用力。求內(nèi)力的方法求內(nèi)力的方法 截面法截面法mm1f2f5f4f3f1f2f5f4f3f1.4 1.4 內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念(1)(1)假想沿假想沿m-mm-m橫截面將橫截面將 桿桿切開切開(2)(2)留下留下左半段或右半段左半段或右半段(3)(3)將棄去部分對留下部將棄去部分對留下部 分的作用用內(nèi)力分的作用用內(nèi)力代

12、替代替(4)(4)對留下部分寫對留下部分寫平衡平衡方方 程，求出內(nèi)力的值。程，求出內(nèi)力的值。f fs sm mf ff faasffmfa1.4 1.4 內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念例如例如例例 1.11.1 鉆床鉆床求：求：截面截面m-mm-m上的內(nèi)力。上的內(nèi)力。用截面用截面m-mm-m將鉆床截為兩部分，取上半部將鉆床截為兩部分，取上半部分為研究對象，分為研究對象，解：解：受力如圖：受力如圖：1.4 1.4 內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念列平衡方程列平衡方程: : 0ypfn0)(fmo0mpapam f fn nm ma4f3ffc4f3fpc1.4

13、1.4 內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念為了表示內(nèi)力在一點處的強度，引入為了表示內(nèi)力在一點處的強度，引入內(nèi)力內(nèi)力集度集度, ,即即應(yīng)力應(yīng)力的概念。的概念。mfpa 平均應(yīng)力平均應(yīng)力0limafpa c c點的應(yīng)力點的應(yīng)力應(yīng)力是矢量，應(yīng)力是矢量，通常分解為通常分解為 正應(yīng)力正應(yīng)力 切應(yīng)力切應(yīng)力應(yīng)力的國際單位為應(yīng)力的國際單位為 papa（帕斯卡）（帕斯卡） 1pa= 1n/m1pa= 1n/m2 21kpa=101kpa=103 3n/mn/m2 21mpa=101mpa=106 6n/mn/m2 21gpa=101gpa=109 9n/mn/m2 21.5 1.5 變形與應(yīng)變變形

14、與應(yīng)變1.1.位移位移剛性位移；剛性位移；mmmm變形位移。變形位移。2.2.變形變形物體內(nèi)任意兩點的相對位置發(fā)生變化。物體內(nèi)任意兩點的相對位置發(fā)生變化。取一微正六面體取一微正六面體兩種基本變形：兩種基本變形：線變形線變形 線段長度的變化線段長度的變化xx+sxyogmmlnln角變形角變形 線段間夾角的變化線段間夾角的變化3.3.應(yīng)變應(yīng)變x x方向的平均應(yīng)變：方向的平均應(yīng)變： 正應(yīng)變（線應(yīng)變）正應(yīng)變（線應(yīng)變）xsxm 1.5 1.5 變形與應(yīng)變變形與應(yīng)變xx+sxyogmmlnlnm m點處沿點處沿x x方向的應(yīng)變：方向的應(yīng)變：xsxx 0lim切應(yīng)變（角應(yīng)變）切應(yīng)變（角應(yīng)變）類似地，可以定

15、義類似地，可以定義zy ,m m點在點在xyxy平面內(nèi)的平面內(nèi)的切應(yīng)變?yōu)椋呵袘?yīng)變?yōu)椋?2(lim00nmlmlmn g g均為無量綱的量。均為無量綱的量。g g ,1.5 1.5 變形與應(yīng)變變形與應(yīng)變例例 1.21.2已知：已知：薄板的兩條邊薄板的兩條邊固定，變形后固定，變形后ab, ad仍為直線。仍為直線。解：解：m ababba200025. 0250200adcba0.025g610125ab, ad 兩邊夾角的變化：兩邊夾角的變化：即為切應(yīng)變即為切應(yīng)變g g 。g gg gtan250025.0610100)(rad求：求：ab 邊的邊的m 和和 ab、ad 兩邊夾兩邊夾角的變化角的變

16、化。拉壓變形拉壓變形拉伸（壓縮）、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲拉伸（壓縮）、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲剪切變形剪切變形桿件的基本變形：桿件的基本變形：1.61.6 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式扭轉(zhuǎn)變形扭轉(zhuǎn)變形彎曲變形彎曲變形1.61.6 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式材料力學課件全套1ppt第二章第二章 拉伸、壓縮與剪切拉伸、壓縮與剪切(1)(1)材料力學課件全套1ppt第二章第二章 拉伸、壓縮與剪切拉伸、壓縮與剪切2.12.1 軸向拉伸與壓縮的概念和實例軸向拉伸與壓縮的概念和實例2.22.2 軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力和應(yīng)力力2.32.3 直桿軸向拉伸或壓縮時斜

17、截面上的應(yīng)力直桿軸向拉伸或壓縮時斜截面上的應(yīng)力2.42.4 材料拉伸時的力學性能材料拉伸時的力學性能2.52.5 材料壓縮時的力學性能材料壓縮時的力學性能2.72.7 失效、安全因數(shù)和強度計算失效、安全因數(shù)和強度計算2.82.8 軸向拉伸或壓縮時的變形軸向拉伸或壓縮時的變形2.92.9 軸向拉伸或壓縮的應(yīng)變能軸向拉伸或壓縮的應(yīng)變能2.102.10 拉伸、壓縮超靜定問題拉伸、壓縮超靜定問題2.112.11 溫度應(yīng)力和裝配應(yīng)力溫度應(yīng)力和裝配應(yīng)力2.122.12 應(yīng)力集中的概念應(yīng)力集中的概念2.13 2.13 剪切和擠壓的實用計算剪切和擠壓的實用計算材料力學課件全套1ppt2.1 2.1 軸向拉伸與

18、壓縮的概念和實例軸向拉伸與壓縮的概念和實例材料力學課件全套1ppt2.1 2.1 軸向拉伸與壓縮的概念和實例軸向拉伸與壓縮的概念和實例材料力學課件全套1ppt 作用在桿件上的外力合力的作用線與作用在桿件上的外力合力的作用線與桿件軸線重合，桿件變形是沿軸線方向的伸桿件軸線重合，桿件變形是沿軸線方向的伸長或縮短。長或縮短。拉（壓）桿的受力簡圖拉（壓）桿的受力簡圖f ff f拉伸拉伸f ff f壓縮壓縮2.1 2.1 軸向拉伸與壓縮的概念和實例軸向拉伸與壓縮的概念和實例受力受力特點與變形特點：特點與變形特點：材料力學課件全套1ppt2.1 2.1 軸向拉伸與壓縮的概念和實例軸向拉伸與壓縮的概念和實例

19、材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力 1 1、截面法求內(nèi)力、截面法求內(nèi)力f ff fm mm mf ff fn n 0 xff ff fn n0ffnffn(1)(1)假想沿假想沿m-mm-m橫截面將橫截面將 桿桿切開切開(2)(2)留下左半段或右半段留下左半段或右半段(3)(3)將棄去部分對留下部分將棄去部分對留下部分 的作用用內(nèi)力代替的作用用內(nèi)力代替(4)(4)對留下部分寫平衡方程對留下部分寫平衡方程 求出內(nèi)力即軸力的值求出內(nèi)力即軸力的值材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)軸向拉伸或

20、壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力力和應(yīng)力2 2、軸力：截面上的內(nèi)力、軸力：截面上的內(nèi)力 0 xf0ffnffnf ff fm mm mf ff fn nf ff fn n 由于外力的作用線由于外力的作用線與桿件的軸線重合，內(nèi)與桿件的軸線重合，內(nèi)力的作用線也與桿件的力的作用線也與桿件的軸線重合。所以稱為軸軸線重合。所以稱為軸力。力。3 3、軸力正負號：、軸力正負號： 拉為正、壓為負拉為正、壓為負4 4、軸力圖：軸力沿桿、軸力圖：軸力沿桿 件軸線的變化件軸線的變化材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力已知已知f f1 1=10kn

21、=10kn；f f2 2=20kn=20kn； f f3 3=35kn=35kn；f f4 4=25kn;=25kn;試畫試畫出圖示桿件的軸力圖。出圖示桿件的軸力圖。11例題例題2.12.1fn1f1解：解：1 1、計算各段的軸力。、計算各段的軸力。f1f3f2f4abcd2233fn3f4fn2f1f2 0 xfkn1011 ffnabab段段kn102010212fffnbcbc段段122fffn 0 xf 0 xfkn2543 ffncdcd段段2 2、繪制軸力圖。、繪制軸力圖。knnfx102510 材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉伸或

22、壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力 桿件的強度不僅與軸力有關(guān)，還與橫截面面桿件的強度不僅與軸力有關(guān)，還與橫截面面積有關(guān)。必須用應(yīng)力來比較和判斷桿件的強度。積有關(guān)。必須用應(yīng)力來比較和判斷桿件的強度。nafda 在拉（壓）桿的在拉（壓）桿的橫截面上，橫截面上，與軸與軸力力f fn n對應(yīng)的應(yīng)力是正應(yīng)力對應(yīng)的應(yīng)力是正應(yīng)力 。根據(jù)連根據(jù)連續(xù)性假設(shè)，橫截面上到處都存在著內(nèi)續(xù)性假設(shè)，橫截面上到處都存在著內(nèi)力。于是得靜力關(guān)系：力。于是得靜力關(guān)系：材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸向拉伸或壓縮時橫截

23、面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力 平面假設(shè)平面假設(shè)變形前原為平面的橫截面，變形前原為平面的橫截面，變形后仍保持為平面且仍垂直于軸線。變形后仍保持為平面且仍垂直于軸線。橫向線橫向線ab、cd仍為直線，且仍為直線，且仍垂直于桿軸仍垂直于桿軸線，只是分別線，只是分別平行移至平行移至ab、cd。 觀察變形：觀察變形： ffaabcbddc材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力naafdadaanfa從平面假設(shè)可以判斷：從平面假設(shè)可以判斷：（1）所有縱向纖維伸長相等）所有縱向纖維伸長相等（2）因材料均勻，故各纖

24、維受力相等）因材料均勻，故各纖維受力相等（3）內(nèi)力均勻分布，各點正應(yīng)力相等，為常量）內(nèi)力均勻分布，各點正應(yīng)力相等，為常量 ffaabcbddc材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力afn 該式為橫截面上的正應(yīng)力該式為橫截面上的正應(yīng)力計計算公式。正應(yīng)力算公式。正應(yīng)力和軸力和軸力f fn n同號。同號。即拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負。即拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負。圣維南原理圣維南原理材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸

25、向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力例題例題2.22.2 圖示結(jié)構(gòu)，試求桿件圖示結(jié)構(gòu)，試求桿件abab、cbcb的的應(yīng)力。已知應(yīng)力。已知 f f=20kn=20kn；斜桿；斜桿abab為直為直徑徑20mm20mm的圓截面桿，水平桿的圓截面桿，水平桿cbcb為為15151515的方截面桿。的方截面桿。f fa ab bc c 0yfkn3 .281nf解：解：1 1、計算各桿件的軸力。、計算各桿件的軸力。（設(shè)斜桿為（設(shè)斜桿為1 1桿，水平桿為桿，水平桿為2 2桿）桿）用截面法取節(jié)點用截面法取節(jié)點b b為研究對象為研究對象kn202nf 0 xf4545045co

26、s21nnff045sin1 ffn1 12 2f fb bf f1nf2nfxy4545材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力kn3 .281nfkn202nf2 2、計算各桿件的應(yīng)力。、計算各桿件的應(yīng)力。mpa90pa109010204103 .286623111afnmpa89pa1089101510206623222afnf fa ab bc c45451 12 2f fb bf f1nf2nfxy4545材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和

27、應(yīng)力例題例題2.22.2 懸臂吊車的斜桿懸臂吊車的斜桿abab為直徑為直徑d=20mmd=20mm的鋼桿，載荷的鋼桿，載荷w=15knw=15kn。當。當w w移到移到a a點時，求斜桿點時，求斜桿abab橫截面上的橫截面上的應(yīng)力。應(yīng)力。解：解：當載荷當載荷w移到移到a點時，點時，斜桿斜桿abab受到拉力最大，設(shè)其值為受到拉力最大，設(shè)其值為f fmaxmax。討論橫梁平衡討論橫梁平衡0cm maxsin0facw acmaxsinwf0.8mwabc1.9mdmaxfmaxfwcarcxfrcyfmaxf材料力學課件全套1ppt2.2 2.2 軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉伸或壓縮

28、時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力由三角形由三角形abcabc求出求出220.8sin0.3880.81.9bcabmax1538.7sin0.388wfkn斜桿斜桿abab的軸力為的軸力為max38.7nffkn斜桿斜桿abab橫截面上的應(yīng)力為橫截面上的應(yīng)力為33 2638.7 10(20 10 )4123 10123nfapampa0.8mwabc1.9mdmaxfmaxfwcarcxfrcyfmaxf材料力學課件全套1ppt2.3 2.3 直桿軸向拉伸或壓縮時斜截面上的應(yīng)力直桿軸向拉伸或壓縮時斜截面上的應(yīng)力 實驗表明：拉（壓）桿的破壞并不總是沿實驗表明：拉（壓）桿的破壞并不總是沿橫截面發(fā)生，有時卻是

29、沿斜截面發(fā)生的。橫截面發(fā)生，有時卻是沿斜截面發(fā)生的。ffcoscosfffpaaacosaanffaa0 ,max5 ,4max22coscospsincos sinsin22p ffkkkpffkpfkk材料力學課件全套1ppt2.4 2.4 材料拉伸時的力學性能材料拉伸時的力學性能 力學性能：在外力作用下材料在變形和破壞方力學性能：在外力作用下材料在變形和破壞方面所表現(xiàn)出的力學特性。面所表現(xiàn)出的力學特性。一一 試件和實驗條件試件和實驗條件常溫、靜常溫、靜載載材料力學課件全套1ppt2.4 2.4 材料拉伸時的力學性能材料拉伸時的力學性能材料力學課件全套1ppt2.4 2.4 材料拉伸時的力

30、學性能材料拉伸時的力學性能二二 低碳鋼的拉伸低碳鋼的拉伸材料力學課件全套1ppt2.4 2.4 材料拉伸時的力學性能材料拉伸時的力學性能明顯的四個階段明顯的四個階段1 1、彈性階段、彈性階段obobp比例極限比例極限ee彈性極限彈性極限tane2 2、屈服階段、屈服階段bcbc（失去抵（失去抵抗變形的能力）抗變形的能力）s屈服極限屈服極限3 3、強化階段、強化階段cece（恢復抵抗（恢復抵抗變形的能力）變形的能力）強度極限強度極限b4 4、局部徑縮階段、局部徑縮階段efefoabcefpesb胡克定律胡克定律e彈性模量（彈性模量（gn/m2）材料力學課件全套1ppt2.4 2.4 材料拉伸時的

31、力學性能材料拉伸時的力學性能兩個塑性指標兩個塑性指標: :%100001lll斷后伸長率斷后伸長率斷面收縮率斷面收縮率%100010aaa%5為塑性材料為塑性材料%5為脆性材料為脆性材料低碳鋼的低碳鋼的%3020%60為塑性材料為塑性材料0材料力學課件全套1ppt2.4 2.4 材料拉伸時的力學性能材料拉伸時的力學性能三三 卸載定律及冷作硬化卸載定律及冷作硬化1 1、彈性范圍內(nèi)卸載、再加載、彈性范圍內(nèi)卸載、再加載oabcefpesb2 2、過彈性范圍卸載、再加載、過彈性范圍卸載、再加載ddghf 材料在卸載過程中應(yīng)材料在卸載過程中應(yīng)力和應(yīng)變是線性關(guān)系，這力和應(yīng)變是線性關(guān)系，這就是就是卸載定律卸

32、載定律。 材料的比例極限增高，材料的比例極限增高，延伸率降低，稱之為延伸率降低，稱之為冷作硬冷作硬化或加工硬化化或加工硬化。材料力學課件全套1ppt2.4 2.4 材料拉伸時的力學性能材料拉伸時的力學性能四四 其它材料拉伸時的力學性其它材料拉伸時的力學性質(zhì)質(zhì) 對于沒有明對于沒有明顯屈服階段的塑顯屈服階段的塑性材料，用名義性材料，用名義屈服極限屈服極限p0.2p0.2來來表示。表示。o%2 . 02 . 0p材料力學課件全套1ppt2.4 2.4 材料拉伸時的力學性能材料拉伸時的力學性能obt 對于脆性材料（鑄鐵），拉伸時的應(yīng)力對于脆性材料（鑄鐵），拉伸時的應(yīng)力應(yīng)變曲線為微彎的曲線，沒有屈服和徑

33、縮現(xiàn)應(yīng)變曲線為微彎的曲線，沒有屈服和徑縮現(xiàn)象，試件突然拉斷。斷后伸長率約為象，試件突然拉斷。斷后伸長率約為0.5%0.5%。為典型的脆性材料。為典型的脆性材料。 btbt拉伸強度極限（約為拉伸強度極限（約為140mpa140mpa）。它是）。它是衡量脆性材料（鑄鐵）拉伸的唯一強度指標。衡量脆性材料（鑄鐵）拉伸的唯一強度指標。材料力學課件全套1ppt第二章第二章 拉伸、壓縮與剪切拉伸、壓縮與剪切(2)(2)材料力學課件全套1ppt2.5 2.5 材料壓縮時的力學性能材料壓縮時的力學性能一一 試件和實驗條件試件和實驗條件常溫、靜載常溫、靜載材料力學課件全套1ppt2.5 2.5 材料壓縮時的力學性

34、能材料壓縮時的力學性能二二 塑性材料（低碳鋼）的壓縮塑性材料（低碳鋼）的壓縮 拉伸與壓縮在屈服拉伸與壓縮在屈服階段以前完全相同。階段以前完全相同。屈服極限屈服極限s比例極限比例極限p彈性極限彈性極限ee e - - 彈性摸量彈性摸量材料力學課件全套1ppt2.5 2.5 材料壓縮時的力學性能材料壓縮時的力學性能三三 脆性材料（鑄鐵）的壓縮脆性材料（鑄鐵）的壓縮obtbc 脆性材料的抗拉與抗壓脆性材料的抗拉與抗壓性質(zhì)不完全相同性質(zhì)不完全相同 壓縮時的強度極限遠大壓縮時的強度極限遠大于拉伸時的強度極限于拉伸時的強度極限btbc材料力學課件全套1ppt2.5 2.5 材料壓縮時的力學性能材料壓縮時的

35、力學性能材料力學課件全套1ppt2.7 2.7 失效、安全因數(shù)和強度計失效、安全因數(shù)和強度計算算一一 、安全因數(shù)和許用應(yīng)力、安全因數(shù)和許用應(yīng)力工作應(yīng)力工作應(yīng)力afn nu極限應(yīng)力極限應(yīng)力塑性材料塑性材料脆性材料脆性材料）（2 . 0psu）（bcbtu塑性材料的許用應(yīng)力塑性材料的許用應(yīng)力 spssnn2 . 0脆性材料的許用應(yīng)力脆性材料的許用應(yīng)力 bbcbbtnn n n 安全因數(shù)安全因數(shù) 許用應(yīng)力許用應(yīng)力 材料力學課件全套1ppt2.7 2.7 失效、安全因數(shù)和強度計失效、安全因數(shù)和強度計算算二二 、強度條件、強度條件 afnmax afnmax根據(jù)強度條件，可以解決三類強度計算問題根據(jù)強度

36、條件，可以解決三類強度計算問題1 1、強度校核：、強度校核： nfa2 2、設(shè)計截面：、設(shè)計截面： afn3 3、確定許可載荷：、確定許可載荷：材料力學課件全套1ppt2.7 2.7 失效、安全因數(shù)和強度計失效、安全因數(shù)和強度計算算例題例題2.42.4油缸蓋與缸體采用油缸蓋與缸體采用6 6個螺栓連接。已知油缸內(nèi)徑個螺栓連接。已知油缸內(nèi)徑d=350mmd=350mm，油壓，油壓p=1mpap=1mpa。螺栓許用應(yīng)力。螺栓許用應(yīng)力=40mpa=40mpa， 求螺栓的內(nèi)徑。求螺栓的內(nèi)徑。pdf24每個螺栓承受軸力為總壓力的每個螺栓承受軸力為總壓力的1/61/6解：解： 油缸蓋受到的力油缸蓋受到的力根

37、據(jù)強度條件根據(jù)強度條件 afnmax 22.6mmm106 .22104061035. 0636622pdd即螺栓的軸力為即螺栓的軸力為pdffn2246 nfa得得 24422pdd即即螺栓的直徑為螺栓的直徑為dp材料力學課件全套1ppt2.7 2.7 失效、安全因數(shù)和強度計失效、安全因數(shù)和強度計算算例題例題2.52.5 acac為為505050505 5的等邊角鋼，的等邊角鋼，abab為為1010號槽鋼，號槽鋼，=120mpa=120mpa。確定許可載荷。確定許可載荷f f。fffn2sin/1解：解：1 1、計算軸力（設(shè)斜桿為、計算軸力（設(shè)斜桿為1 1桿，水平桿桿，水平桿為為2 2桿）用

38、截面法取節(jié)點桿）用截面法取節(jié)點a a為研究對象為研究對象fffnn3cos12 0yf 0 xf0cos21nnff0sin1 ffn2 2、根據(jù)斜桿的強度，求許可載荷、根據(jù)斜桿的強度，求許可載荷 kn6 .57n106 .57108 . 4210120212134611afa af f1nf2nfxy查表得斜桿查表得斜桿acac的面積為的面積為a a1 1=2=24.8cm4.8cm2 2 1112nffa材料力學課件全套1ppt2.7 2.7 失效、安全因數(shù)和強度計失效、安全因數(shù)和強度計算算fffnn3cos123 3、根據(jù)水平桿的強度，求許可載荷、根據(jù)水平桿的強度，求許可載荷 kn7 .

39、176n107 .1761074.12210120732. 113134622afa af f1nf2nfxy查表得水平桿查表得水平桿abab的面積為的面積為a a2 2=2=212.74cm12.74cm2 2 2223nffa4 4、許可載荷、許可載荷 kn6 .57176.7knkn6 .57minminiff材料力學課件全套1ppt2.8 2.8 軸向拉伸或壓縮時的變形軸向拉伸或壓縮時的變形一一 縱向變形縱向變形1lll ,lf l leel二二 橫向變形橫向變形llbbb1bb鋼材的鋼材的e e約為約為200gpa200gpa，約為約為0.250.250.330.33eaea為抗拉剛

40、度為抗拉剛度泊松比泊松比橫向應(yīng)變橫向應(yīng)變nffaanf lflleaea l1b ffb1l1lea 材料力學課件全套1ppt2.8 2.8 軸向拉伸或壓縮時的變形軸向拉伸或壓縮時的變形材料力學課件全套1ppt2.8 2.8 軸向拉伸或壓縮時的變形軸向拉伸或壓縮時的變形 對于變截面桿件（如階梯對于變截面桿件（如階梯桿），或軸力變化。則桿），或軸力變化。則ni iiiif llle a 材料力學課件全套1ppt例題例題2.62.6 abab長長2m, 2m, 面積為面積為200mm200mm2 2。acac面積為面積為250mm250mm2 2。e e=200gpa=200gpa。f f=10k

41、n=10kn。試求節(jié)點。試求節(jié)點a a的位移。的位移。 0yfkn202sin/1fffn解：解：1 1、計算軸力。（設(shè)斜桿為、計算軸力。（設(shè)斜桿為1 1桿，水桿，水平桿為平桿為2 2桿）取節(jié)點桿）取節(jié)點a a為研究對象為研究對象kn32.173cos12fffnn 0 xf0cos21nnff0sin1 ffn2 2、根據(jù)胡克定律計算桿的變形。、根據(jù)胡克定律計算桿的變形。1mmm101102001020021020369311111aelflna af f1nf2nfxy30300 02.8 2.8 軸向拉伸或壓縮時的變形軸向拉伸或壓縮時的變形mm6 . 0m106 . 0102501020

42、0732. 11032elfln斜桿伸長斜桿伸長水平桿縮短水平桿縮短材料力學課件全套1ppt3 3、節(jié)點、節(jié)點a a的位移（以切代?。┑奈灰疲ㄒ郧写。?.8 2.8 軸向拉伸或壓縮時的變形軸向拉伸或壓縮時的變形1mm11111aelflnmm6 . 022222aelflna af f1nf2nfxy30300 0aa 1a2amm111laamm6 . 022laamm6 . 02lxmm039. 3039. 1230tan30sin21433llaaaaymm1 . 3039. 36 . 02222 yxaaa a1a2a3a4a材料力學課件全套1ppt2.9

43、2.9 軸向拉伸或壓縮的應(yīng)變能軸向拉伸或壓縮的應(yīng)變能()dwfdl10()lwfdl在在 范圍內(nèi)范圍內(nèi),有有p12wf l應(yīng)變能（應(yīng)變能（ ）：固體在外力作用下，因變形而儲）：固體在外力作用下，因變形而儲 存的能量稱為應(yīng)變能。存的能量稱為應(yīng)變能。v12vwf l2122flf lfeaeaflll()dlfl1ffdfo1l材料力學課件全套1ppt2.10 2.10 拉伸、壓縮超靜定問題拉伸、壓縮超靜定問題 約束反約束反力（軸力）力（軸力）可由靜力平可由靜力平衡方程求得衡方程求得靜定結(jié)構(gòu)：靜定結(jié)構(gòu)：材料力學課件全套1ppt2.10 2.10 拉伸、壓縮超靜定問題拉伸、壓縮超靜定問題 約束反力不

44、能約束反力不能由平衡方程求得由平衡方程求得超靜定結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)的強度和剛度均得到提高超靜定結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)的強度和剛度均得到提高超靜定度（次）數(shù)：超靜定度（次）數(shù)： 約束反力多于約束反力多于獨立平衡方程的數(shù)獨立平衡方程的數(shù)獨立平衡方程數(shù)：獨立平衡方程數(shù)：平面任意力系：平面任意力系： 3 3個平衡方程個平衡方程平面共點力系：平面共點力系： 2 2個平衡方程個平衡方程材料力學課件全套1ppt2.10 2.10 拉伸、壓縮超靜定問題拉伸、壓縮超靜定問題1 1、列出獨立的平衡方程、列出獨立的平衡方程超靜定結(jié)構(gòu)的求解方法：超靜定結(jié)構(gòu)的求解方法：210nnxfffffffnny31cos202 2、變形幾何關(guān)系、變

45、形幾何關(guān)系cos321lll3 3、物理關(guān)系、物理關(guān)系1111cosnf lle a 3333nf lle a4 4、補充方程、補充方程131133coscosnnf lf le ae a5 5、求解方程組，得、求解方程組，得21233311cos,2cosnnfffe ae a33113312cosnffe ae a例題例題2.72.73l1l圖示結(jié)構(gòu)，圖示結(jié)構(gòu)，1 、2桿抗拉剛度為桿抗拉剛度為e1a1 ，3桿抗拉剛桿抗拉剛度為度為e3a3 ，在外力，在外力f 作用下，求三桿軸力？作用下，求三桿軸力？材料力學課件全套1ppt2.10 2.10 拉伸、壓縮超靜定問題拉伸、壓縮超靜定問題例題例題

46、2.82.8 在圖示結(jié)構(gòu)中，設(shè)橫梁在圖示結(jié)構(gòu)中，設(shè)橫梁ab的的變形可以省略，變形可以省略，1，2兩桿的橫截兩桿的橫截面面積相等，材料相同。試求面面積相等，材料相同。試求1，2兩桿的內(nèi)力。兩桿的內(nèi)力。2132cos0nnfff1 1、列出獨立的平衡方程、列出獨立的平衡方程解：解：2 2、變形幾何關(guān)系、變形幾何關(guān)系212cosll 3 3、物理關(guān)系、物理關(guān)系11,nf llea 22cosnf llea4 4、補充方程、補充方程2122cosnnf lf leaea5 5、求解方程組得、求解方程組得133,4cos1nff2236cos4cos1nfff12l2l1labaaa材料力學課件全套1p

47、pt2.11 2.11 溫度應(yīng)力和裝配應(yīng)力溫度應(yīng)力和裝配應(yīng)力一、溫度應(yīng)力一、溫度應(yīng)力已知：已知：, ,lea ltl材料的線脹系數(shù)材料的線脹系數(shù)t溫度變化（升高）溫度變化（升高）1、桿件的溫度變形（伸長）、桿件的溫度變形（伸長）tllt l 2、桿端作用產(chǎn)生的縮短、桿端作用產(chǎn)生的縮短rbf llea 3、變形條件、變形條件0tlll 4、求解未知力、求解未知力rblfeatrbtlfe tarblf lt lea 即即溫度應(yīng)力為溫度應(yīng)力為ablabrbftlraf材料力學課件全套1ppt2.11 2.11 溫度應(yīng)力和裝配應(yīng)力溫度應(yīng)力和裝配應(yīng)力二、裝配應(yīng)力二、裝配應(yīng)力已知：已知：112233,e

48、 ae a e a加工誤差為加工誤差為求：各桿內(nèi)力。求：各桿內(nèi)力。1 1、列平衡方程、列平衡方程312cosnnff2 2、變形協(xié)調(diào)條件、變形協(xié)調(diào)條件13cosll 3 3、將物理關(guān)系代入、將物理關(guān)系代入3 31 13311cosnnf lf le ae a3333311(1)2cosne afe ale a3122cosnnnfff312,coslll ll解得解得因因l1233l1232l1l材料力學課件全套1ppt2.12 2.12 應(yīng)力集中的概念應(yīng)力集中的概念 常見的油孔、溝槽常見的油孔、溝槽等均有構(gòu)件尺寸突變，等均有構(gòu)件尺寸突變，突變處將產(chǎn)生應(yīng)力集中突變處將產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。即現(xiàn)象。

49、即maxk理論應(yīng)力理論應(yīng)力集中因數(shù)集中因數(shù)1 1、形狀尺寸的影響：、形狀尺寸的影響： 2 2、材料的影響：、材料的影響： 應(yīng)力集中對塑性材料的影應(yīng)力集中對塑性材料的影響不大；響不大；應(yīng)力集中對脆性材料應(yīng)力集中對脆性材料的影響嚴重，應(yīng)特別注意。的影響嚴重，應(yīng)特別注意。 尺寸變化越急劇、角尺寸變化越急劇、角越尖、孔越小，應(yīng)力集中越尖、孔越小，應(yīng)力集中的程度越嚴重。的程度越嚴重。材料力學課件全套1ppt一一. .剪切的實用計算剪切的實用計算2-13 2-13 剪切和擠壓的實用計算剪切和擠壓的實用計算鉚釘連接鉚釘連接剪床剪鋼板剪床剪鋼板f ff f材料力學課件全套1ppt銷軸連接銷軸連接2-13 2-

50、13 剪切和擠壓的實用計算剪切和擠壓的實用計算剪切受力特點：剪切受力特點：作用在構(gòu)件兩側(cè)面上的外力合作用在構(gòu)件兩側(cè)面上的外力合力大小相等、方向相反且作用線很近。力大小相等、方向相反且作用線很近。變形特點：變形特點：位于兩力之間的截面發(fā)生相對錯動。位于兩力之間的截面發(fā)生相對錯動。ff材料力學課件全套1pptf ff f2-13 2-13 剪切和擠壓的實用計算剪切和擠壓的實用計算ffmmfsfmmsfmmff fnnf ff fs snf fnf fs snnf f2f2fff fs sf fs snnf fmmffsffsff2sff 材料力學課件全套1ppt2-13 2-13 剪切和擠壓的實用

51、計算剪切和擠壓的實用計算 假設(shè)切應(yīng)力在剪切面假設(shè)切應(yīng)力在剪切面（m-m m-m 截面）上是均勻分截面）上是均勻分布的布的, , 得實用切應(yīng)力計算得實用切應(yīng)力計算公式：公式：afs切應(yīng)力強度條件：切應(yīng)力強度條件： afs許用切應(yīng)力，常由實驗方法確定許用切應(yīng)力，常由實驗方法確定 塑性材料：塑性材料： 7 . 05 . 0脆性材料：脆性材料： 0 . 18 . 0材料力學課件全套1pptbsfbsf二二. .擠壓的實用計算擠壓的實用計算bsbsbsaf 假設(shè)應(yīng)力在擠壓面上是假設(shè)應(yīng)力在擠壓面上是均勻分布的均勻分布的得實用擠壓應(yīng)力公式得實用擠壓應(yīng)力公式* *注意擠壓面面積的計算注意擠壓面面積的計算f f

52、f f2-13 2-13 剪切和擠壓的實用計算剪切和擠壓的實用計算擠壓力擠壓力 fbs= f（1 1）接觸面為平面）接觸面為平面abs實際接觸面面積實際接觸面面積（2 2）接觸面為圓柱面）接觸面為圓柱面abs直徑投影面面積直徑投影面面積材料力學課件全套1ppt塑性材料：塑性材料： 5 . 25 . 1bs脆性材料：脆性材料： 5 . 19 . 0bs2-13 2-13 剪切和擠壓的實用計算剪切和擠壓的實用計算bsbsbsbsaf擠壓強度條件：擠壓強度條件：bs許用擠壓應(yīng)力，常由實驗方法確定許用擠壓應(yīng)力，常由實驗方法確定dabs(a)(a)d(b)(b)d(c)(c)材料力學課件全套1pptcb

53、fafbsbsbslbfafs2-13 2-13 剪切和擠壓的實用計算剪切和擠壓的實用計算材料力學課件全套1pptdhfafbsbsbs24dfafs 為充分利用材為充分利用材料，切應(yīng)力和擠壓料，切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力應(yīng)滿足應(yīng)力應(yīng)滿足242dfdhfhd82-13 2-13 剪切和擠壓的實用計算剪切和擠壓的實用計算2bs得：得：材料力學課件全套1ppt 圖示接頭，受軸向力圖示接頭，受軸向力f f 作用。已知作用。已知f f=50kn=50kn，b b=150mm=150mm，=10mm=10mm，d d=17mm=17mm，a=80mm=80mm， =160mpa=160mpa， =120mpa=1

54、20mpa， bsbs=320mpa=320mpa，鉚釘和板的，鉚釘和板的材料相同，試校核其強度。材料相同，試校核其強度。 mpa1 .43101 .4301. 0)017. 0215. 0(1050)2(63dbfafn 2. 2.板的剪切強度板的剪切強度mpa7 .15107 .1501. 008. 041050463afafs解：解：1.1.板的拉伸強度板的拉伸強度2-13 2-13 剪切和擠壓的實用計算剪切和擠壓的實用計算dba例題例題3-13-1材料力學課件全套1ppt3.3.鉚釘?shù)募羟袕姸茹T釘?shù)募羟袕姸?223264222 50 100.017110 10110mpa sfffadd4.4.板和鉚釘?shù)臄D壓強度板和鉚釘?shù)臄D壓強度mpa1471014701. 0017. 021050263bsbsbsbsdfaf 結(jié)論：強度足夠。結(jié)論：強度足夠。2-13 2-13 剪切和擠壓的實用計算剪切和擠壓的實用計算dba材料力學課件全套1ppt2-13 2-13 剪切和擠壓的實用計算剪切和擠壓的實用計算例題例題3-23-2平鍵連接平鍵連接 圖示齒輪用平鍵與軸連接，圖示齒輪用平鍵與軸連接，已知軸的直徑已知軸的直徑d=70mmd=70mm，鍵的