材料力學(xué)之收獲與體會

1、材料力學(xué)小論文題目： 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 通過幾個月對材料力學(xué)性能的學(xué)習(xí)，對本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容作出以下總結(jié)：一、材料的拉伸性能：拉伸試驗(yàn)設(shè)備拉伸試驗(yàn)雖然是簡單的、但卻是最重要的應(yīng)用最廣泛的力學(xué)性能試驗(yàn)方法。拉伸試驗(yàn)可以測定材料的彈性、強(qiáng)度、塑性、應(yīng)變硬化和韌性等許多重要的力學(xué)性能指標(biāo)。這些性能指標(biāo)統(tǒng)稱為拉伸性能。它是材料的基本力學(xué)性能。根據(jù)拉伸性能可以預(yù)測材料的其他力學(xué)性能。 二、彈性變形與塑性變形：彈性材料實(shí)用圖 塑性材料實(shí)用圖任何構(gòu)件在服役過程中都要承受一定的應(yīng)力，但又不能產(chǎn)生塑性變形。對于某些零構(gòu)件，例如精密機(jī)床的構(gòu)件，即使是微小的彈性變形也不允許，否則就會降低零件的加工精度。零

2、構(gòu)件的剛度決定于兩個因素：構(gòu)件的幾何和材料的剛度。表征材料的力學(xué)性能指標(biāo)是彈性模量。當(dāng)應(yīng)力超過極限，金屬就開始塑性變形。塑性是材料的一種非常重要的力學(xué)性能。正是因?yàn)榻饘儆兴苄?，才能利用不同的加工方法將其制成各種幾何形狀的零件。在加工過程中，應(yīng)當(dāng)提高材料的塑性，降低塑性變形應(yīng)力彈性極限和屈服強(qiáng)度。在服役過程中，應(yīng)當(dāng)提高材料的彈性極限和屈服強(qiáng)度，使零構(gòu)件能承受更大的應(yīng)力，同時也要有相當(dāng)?shù)乃苄砸苑乐勾嘈詳嗔?。本章?lián)系金屬的微觀結(jié)構(gòu)討論了彈性性能、彈性不完善性、塑性變形、應(yīng)變硬化及有關(guān)的力學(xué)性指標(biāo)和測定方法以及它們在工程中的實(shí)用意義。三、其它靜加載下的力學(xué)性能：扭曲實(shí)驗(yàn)儀器機(jī)械和工程的很多零件是在扭曲

3、、彎矩或軸向壓力作用下服役的。因此，需要測定材料在扭轉(zhuǎn)、彎曲和軸向壓縮加載下的力學(xué)性能，作為零件設(shè)計(jì)，材料選用和制訂熱處理工藝的根據(jù)。若不考慮零件服役時的力學(xué)狀態(tài)，采用不恰當(dāng)?shù)牧W(xué)性能指標(biāo)來評價材料，很有可能造成材料選用不合理，熱處理工藝不當(dāng)，以致零件的早期失效。在工程中往往還應(yīng)用一些低塑性、以至脆性材料，如高碳工具鋼、鑄造合金和結(jié)構(gòu)陶瓷等，制作工具和零件。這些材料當(dāng)拉伸試驗(yàn)時，由于應(yīng)力狀態(tài)的柔度因數(shù)較小只能測得強(qiáng)度性能，而塑性性能不能精確的測定；或者，兩種材料的塑性相差甚微，無法測定孰優(yōu)孰劣。因此，也有必要在軟應(yīng)力的狀態(tài)下，如扭轉(zhuǎn)和壓縮，測定這類材料的力學(xué)性能，對材料的性能或韌行工藝進(jìn)行評估

4、。生活中、工程中有很多桿件是受扭轉(zhuǎn)的自行車的中軸受扭轉(zhuǎn) 車輪受力圖機(jī)械傳動構(gòu)件中，有很多受扭轉(zhuǎn)的桿件 薄壁圓筒扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)時的切應(yīng)力扭矩和扭矩圖求內(nèi)力的方法截面法T ¾¾ 扭矩若取右段，將得到同樣的結(jié)果扭矩的正負(fù)號規(guī)定例 已知： 傳動軸為無縫鋼管，D=90mm，t = 2.5mm，Tmax= 1.5kN·m, t=60MPa。求：校核軸的強(qiáng)度。解：計(jì)算Wu 強(qiáng)度校核安全四、斷裂： 橋梁斷裂 斷裂是材料的一種十分復(fù)雜的行為，在不同的力學(xué)、物理、和化學(xué)環(huán)境下，會有不同的斷裂形式。工程應(yīng)用中，常根據(jù)斷裂前是否發(fā)生宏觀的塑性變形，把斷裂分成韌性變形和脆性斷裂兩大類，并在不同場

5、合下用不同的術(shù)語描述斷裂的特征。五、切口強(qiáng)度與切口沖擊韌性： 機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)的零構(gòu)件，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的需要，如鉆螺栓孔、鉚釘孔、開鍵槽等等，使零構(gòu)件的外形具有幾何不連續(xù)性。這種幾何不連續(xù)性可以看成是廣義的“切口”。切口的存在改變了零構(gòu)件中的應(yīng)力和應(yīng)變分布：在切口根部引起應(yīng)力和應(yīng)變集中，引起應(yīng)力和應(yīng)變的多向性。本章主要討論了應(yīng)力集中、應(yīng)變集中以及切口根部的局部應(yīng)變的近似計(jì)算，切口強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)測定，切口強(qiáng)度的計(jì)算模型和公式，進(jìn)而引入切口敏感度系數(shù)這一新的材料常數(shù)，以及切口敏感度系數(shù)這一新的材料常數(shù)，以及切口沖擊韌性、低溫脆性以及其在生產(chǎn)和研究工作中的應(yīng)用。六、斷裂韌性：裂紋總會在構(gòu)建

6、中出現(xiàn)。在冶煉、熱加工或冷加工的過程中，由于工藝技術(shù)上的原因，在材料或半成品中會形成裂紋或裂紋式的缺陷，在無損檢測中又未能發(fā)現(xiàn)；在構(gòu)件服役過程中，由于力學(xué)、溫度和介質(zhì)等環(huán)境因素的作用，在構(gòu)件中也會形成裂紋。為了防止裂紋的低應(yīng)力脆斷，不得不對其強(qiáng)度進(jìn)行研究，從而形成了斷裂力學(xué)這樣一個新學(xué)科。七、金屬的疲勞：金屬磨料疲勞壽命試驗(yàn)機(jī) 金屬在環(huán)境載荷的作用下，即使所受的應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度，也會發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。疲勞斷裂、尤其是提高強(qiáng)度材料的疲勞斷裂，一般不發(fā)生明顯的塑性變形，難以檢測和預(yù)防，因而機(jī)件的疲勞斷裂會造成很大的經(jīng)濟(jì)以至生命的損失。八、金屬的磨損與接觸疲勞：任何機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，相互接觸的零

7、件之間都因相對運(yùn)動而產(chǎn)生摩擦，而磨損是摩擦產(chǎn)生的結(jié)果。磨損造成表層材料的損耗，使零件尺寸發(fā)生變化，影響了零件的使用壽命。如汽缸套的磨損超過允許值時，將引起功率不足，耗油量增加，產(chǎn)生噪音和振動等，因而不得不更換零件?？梢姡p是降低機(jī)器工作效率、精度甚至使其報(bào)廢的一個重要原因，同時也增加了材料和能源的消耗。因此，生產(chǎn)上總是力求提高零件的耐磨性，從而延長其使用壽命。九、復(fù)合材料的力學(xué)性能：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是用人工辦法將高強(qiáng)度、高模量纖維與韌性基體材料結(jié)合結(jié)合起來而形成的新型結(jié)構(gòu)材料。由于復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比剛度、耐熱性、減震性和抗疲勞性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于作為基體的原材料，近年來愈來愈多地受到人們的重視。符合材

8、料有著與其它工程材料力學(xué)性能的共同點(diǎn)，也有其自身的許多特點(diǎn)。十、材料力學(xué)生活應(yīng)用材料力學(xué)不僅在復(fù)雜機(jī)械工程中有重要的作用，在生活中也很常見。比如隨處可見的橋梁，橋是一種用來跨越障礙的大型構(gòu)造物。確切的說是用來將交通路線 (如道路、鐵路、水道等)或者其他設(shè)施 (如管道、電纜等)跨越天然障礙 (如河流、海峽、峽谷等)或人工障礙 (高速公路、鐵路線)的構(gòu)造物。橋的目的是允許人、車輛、火車或船舶穿過障礙。橋可以打橫搭著谷河或者海峽兩邊，又或者起在地上升高，檻過下面的河或者路，讓下面交通暢通無阻。分析如果在安全的前提下，將原來的四個橋墩和三個拱形拉索變?yōu)槿齻€橋墩和兩個拱形拉索。不僅可以節(jié)約大量的材料，降

9、低成本，而且有美觀。壓桿穩(wěn)定實(shí)用計(jì)算1.在實(shí)際計(jì)算中，對壓桿的穩(wěn)定采用折減系數(shù)法，即把材料的許用應(yīng)力乘上一個折減系數(shù)，作為壓桿的穩(wěn)定許用應(yīng)力。那么，用折減系數(shù)法計(jì)算壓桿穩(wěn)定的條件為:壓桿截面設(shè)計(jì)是在滿足穩(wěn)定條件的前提下，確定壓桿所需要的最小截面尺寸。由壓桿的穩(wěn)定條件得知，要確定截面尺寸，必須先知道折減系數(shù)。但是，折減系數(shù)與柔度有關(guān)，而柔度又要通過慣性矩I、截面面積A及慣性半徑i求得。所以只能采用逐次逼近法進(jìn)行反復(fù)試算。 通常，用逐次逼近法確定截面積的大小，一般要23次才可獲得滿意的結(jié)果。 2.壓桿穩(wěn)定一些生活實(shí)際研究圖一 圖二當(dāng)細(xì)長桿件受壓時，卻表現(xiàn)出與強(qiáng)度失效全然不同的性質(zhì)。例如一根細(xì)長的竹

10、片受壓時，開始軸線為直線，接著必然是被壓彎，發(fā)生頗大的彎曲變形，最后折斷。與此類似，工程結(jié)構(gòu)中也有很多受壓的細(xì)長1桿。例如內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的挺桿（圖一），在它推動搖臂打開氣閥時，就受壓力作用。又如磨床液壓裝置的活塞桿（圖二） 當(dāng)驅(qū)動工作臺向右移動時，油缸活塞上的壓力和工作臺的阻力使活塞桿受到壓縮。同樣，內(nèi)燃機(jī)(圖三)、空氣壓縮機(jī)、蒸汽機(jī)的連桿也是受壓桿件。還有,桁架結(jié)構(gòu)中的抗壓桿、建筑物中的柱也都是壓桿?，F(xiàn)以圖四所示兩端鉸支的細(xì)長壓桿來說明這類問題。設(shè)壓力與桿件軸線重合，當(dāng)壓力逐漸增加，但小于某一極限值時，桿件一直保持直線形狀的平衡，即使用微小的側(cè)向干擾力使其暫時發(fā)生輕微彎曲(圖四a)，干擾力

11、解除后，它仍將恢復(fù)直線 形狀(圖四a)這表明壓桿直線形狀的平衡是穩(wěn)定的。當(dāng)壓力逐漸增加到某一極限值時，壓桿的直線平衡變?yōu)椴环€(wěn)定，將轉(zhuǎn)變?yōu)榍€形狀的平衡。這時如再用微小的側(cè)向干擾力使其發(fā)生輕微彎曲 (圖四b) 干擾 圖三 圖四力解除后，它將保持曲線形狀的平衡(圖四c)，不能恢復(fù)原有的直線形狀。上述壓力的極限值稱為臨界壓力或臨界力，記為Fcr。壓桿喪失其直線形狀的平衡而過渡為曲線平衡，稱為喪失穩(wěn)定，簡稱失穩(wěn)，也稱為屈曲。桿件失穩(wěn)后，壓力的微小增加將引起彎曲變形的顯著增大，桿件已喪失了承載能力。這是因失穩(wěn)造成的失效，可以導(dǎo)致整個機(jī)器或結(jié)構(gòu)的損壞。但細(xì)長壓桿失穩(wěn)時，應(yīng)力并不一定很高，有時甚至低于比例極限?？梢娺@種形式的失效，并非強(qiáng)度不足，而是穩(wěn)定性不夠。 圖五 圖六 構(gòu)件也存在穩(wěn)定失效問題除壓桿外，其他構(gòu)件也存在穩(wěn)定失效問題。例如在內(nèi)壓作用下的圓柱形薄殼，壁內(nèi)應(yīng)應(yīng)力