材料力學(xué)課件[1]

1、 3-1 應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 3-2 高溫下材料的性質(zhì)高溫下材料的性質(zhì) 3-3 加載速率對材料力學(xué)性質(zhì)的影響加載速率對材料力學(xué)性質(zhì)的影響 3-4 材料的疲勞強度材料的疲勞強度 3-5 許用應(yīng)力和安全因數(shù)許用應(yīng)力和安全因數(shù) 3-6 軸向拉壓桿的強度及變形計算軸向拉壓桿的強度及變形計算 3-7 簡單拉壓超靜定問題簡單拉壓超靜定問題 3-8 剪切和擠壓的實用計算剪切和擠壓的實用計算 小小 結(jié)結(jié)材料力學(xué)性質(zhì)材料力學(xué)性質(zhì)： 材料在外力作用下，強度和變形方面材料在外力作用下，強度和變形方面所表現(xiàn)出的性能。所表現(xiàn)出的性能。應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線： 標(biāo)準(zhǔn)試件在常溫、靜載下，標(biāo)準(zhǔn)試件在常溫、靜載下，(名

2、義名義)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。名義應(yīng)力：名義應(yīng)力： 實際載荷除以試件原橫截面面積得到的實際載荷除以試件原橫截面面積得到的應(yīng)力。應(yīng)力。一、拉伸時材料的力學(xué)性能一、拉伸時材料的力學(xué)性能1低碳鋼低碳鋼(C0.3%)拉伸實驗：拉伸實驗：1)應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變圖應(yīng)變圖(s s e e 圖圖)四個階段四個階段 及相應(yīng)特征值；及相應(yīng)特征值；A(s sp)(s se) Ba)彈性階段彈性階段(OAB)E=s s /e e=tana aOA段：段：AB段：段：應(yīng)力應(yīng)變呈線性應(yīng)力應(yīng)變呈線性 關(guān)系關(guān)系(胡克定律胡克定律)應(yīng)力應(yīng)變非線性，但力消失應(yīng)力應(yīng)變非線性，但力消失, ,變形也消失變形也消失 s sp(A點點)材

3、料的材料的比例極限比例極限；s se(B點點)材料的材料的彈性極限彈性極限；a aOe es sb)屈服屈服(流動流動)階段階段(BD)s ss(C、D點點)屈服點屈服點(應(yīng)力應(yīng)力)；C(s ss上上)D(s ss下下)A(s sp)(s se) Ba aOe es s應(yīng)力基本不增加，但變形增加很應(yīng)力基本不增加，但變形增加很快，有明顯塑性變形，在光滑試快，有明顯塑性變形，在光滑試件表面，沿與軸線成件表面，沿與軸線成45o方向有方向有滑移線?；凭€。屈服階段最高屈服階段最高( (低低) )點所對應(yīng)點所對應(yīng)的應(yīng)力的應(yīng)力, ,分別稱為上分別稱為上( (下下) )屈屈服點服點( (應(yīng)力應(yīng)力) )。c)

4、強化階段強化階段(DE)：s sb(E點點)抗拉強度抗拉強度；應(yīng)力應(yīng)變同時增加，但不成比例，材料應(yīng)力應(yīng)變同時增加，但不成比例，材料恢復(fù)抵抗變形的能力。恢復(fù)抵抗變形的能力。強化階段最高點所強化階段最高點所對應(yīng)應(yīng)力。對應(yīng)應(yīng)力。E(s sb)C(s ss上上)D(s ss下下)A(s sp)(s se) Ba aOe es sd)頸縮破壞階段頸縮破壞階段(Eg)：gE(s sb)C(s ss上上)D(s ss下下)A(s sp)(s se) Ba aOe es s試件變形集中在某一局部區(qū)域，該試件變形集中在某一局部區(qū)域，該區(qū)域截面收縮，產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象。區(qū)域截面收縮，產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象。gE(s sb)C(s

5、 ss上上)D(s ss下下)A(s sp)(s se) Ba aOe es s2)低碳鋼材料的低碳鋼材料的靜荷強度指標(biāo)靜荷強度指標(biāo)： s ss塑性材料正常工作所能塑性材料正常工作所能 承擔(dān)的最大應(yīng)力；承擔(dān)的最大應(yīng)力；s sb材料所能承擔(dān)最大應(yīng)力；材料所能承擔(dān)最大應(yīng)力；3)冷作硬化現(xiàn)象冷作硬化現(xiàn)象(卸載定律卸載定律)： O2F1(F)O1冷作硬化現(xiàn)象提高了材料比冷作硬化現(xiàn)象提高了材料比例極限而降低了材料的塑性例極限而降低了材料的塑性性能。性能。e epe eeld4)低碳鋼材料的低碳鋼材料的塑性指標(biāo)塑性指標(biāo)： %100 lll %100 AAA 伸長率伸長率斷面收縮率斷面收縮率l、A：實驗前標(biāo)

6、距、橫截：實驗前標(biāo)距、橫截面面積，面面積，l 、A：斷裂后標(biāo)距長、：斷裂后標(biāo)距長、最小截面面積。最小截面面積。 5%塑性材料，塑性材料， 5%脆性材料脆性材料2其它塑性材料拉伸的力學(xué)性能：其它塑性材料拉伸的力學(xué)性能：對于無明顯屈服階對于無明顯屈服階段的塑性材料，工段的塑性材料，工程上規(guī)定以塑性應(yīng)程上規(guī)定以塑性應(yīng)變變e ep=0.2%所對應(yīng)所對應(yīng)的應(yīng)力作為屈服的應(yīng)力作為屈服點，稱為點，稱為條件屈服條件屈服強度強度，記作，記作s s0.2123A0.2%Ss s 0.20.24e e (%)s s (MPa)Os se e3鑄鐵拉伸試驗：鑄鐵拉伸試驗：1)s sb抗拉強度抗拉強度脆性材料唯一的脆性

7、材料唯一的拉伸力學(xué)性能指標(biāo)。拉伸力學(xué)性能指標(biāo)。2)應(yīng)力應(yīng)變不成比例，無屈應(yīng)力應(yīng)變不成比例，無屈 服、頸縮現(xiàn)象，變形很小服、頸縮現(xiàn)象，變形很小 且且s sb很低。很低。s se eOs sb二、壓縮時材料的力學(xué)性能二、壓縮時材料的力學(xué)性能1低碳鋼壓縮試驗：低碳鋼壓縮試驗：比例極限比例極限s sp，屈服點屈服點s ss，彈，彈性模量性模量E基本基本與 拉 伸 時 相與 拉 伸 時 相同，但低碳鋼同，但低碳鋼壓縮屈服階段壓縮屈服階段很短，且過屈很短，且過屈服階段后，越服階段后，越壓越扁，不會壓越扁，不會斷裂。斷裂。Oe es s低碳鋼拉伸低碳鋼拉伸應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)變s ss2鑄鐵壓縮試驗：鑄鐵壓縮試驗

8、：s sbcs sb，鑄鐵抗，鑄鐵抗壓性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壓性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗拉性能，抗拉性能，斷裂斷裂面為與軸向大致面為與軸向大致成成45o55o的滑的滑移面移面破壞。破壞。s se eOs sbcs sba aa a =45o55o切應(yīng)力引起斷裂切應(yīng)力引起斷裂s sbc抗壓強度抗壓強度一、溫度對材料力學(xué)性能的影響一、溫度對材料力學(xué)性能的影響隨溫度升高，隨溫度升高，材料的力學(xué)性材料的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生復(fù)雜變質(zhì)發(fā)生復(fù)雜變化，一般金屬化，一般金屬材料的材料的E、s sb降低降低， 、y y變變大大，成為非彈，成為非彈性狀態(tài)。性狀態(tài)。02004006008001000溫度溫度(oC)0200400600020406

9、080100s s,y,ys sbs ss y ys sp低碳鋼材料短時間高溫拉伸實驗低碳鋼材料短時間高溫拉伸實驗二、蠕變與應(yīng)力松弛二、蠕變與應(yīng)力松弛蠕變?nèi)渥儯?在某一溫度下，對構(gòu)件施加一定的應(yīng)力時，在某一溫度下，對構(gòu)件施加一定的應(yīng)力時，隨時間的增加應(yīng)變也不斷增長的現(xiàn)象。隨時間的增加應(yīng)變也不斷增長的現(xiàn)象。蠕變速率蠕變速率應(yīng)變的增加速度，應(yīng)變的增加速度，蠕變速率一定時稱為蠕變速率一定時稱為穩(wěn)定蠕變階段穩(wěn)定蠕變階段。e et蠕變?nèi)A段蠕變?nèi)A段 蠕變?nèi)渥?蠕變?nèi)渥?穩(wěn)定蠕變穩(wěn)定蠕變?nèi)渥儤O限蠕變極限某溫度下，某應(yīng)力某溫度下，某應(yīng)力 中最大的蠕變；中最大的蠕變；應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛： 施 加 應(yīng) 力施 加

10、 應(yīng) 力后，將應(yīng)變保持為一后，將應(yīng)變保持為一定值時，所加應(yīng)力隨定值時，所加應(yīng)力隨時間的增加而逐漸減時間的增加而逐漸減少的現(xiàn)象。少的現(xiàn)象。l三、熱應(yīng)力與熱應(yīng)變?nèi)?、熱?yīng)力與熱應(yīng)變熱應(yīng)變熱應(yīng)變： 材料由于溫度變化引起自身的膨脹或收縮而材料由于溫度變化引起自身的膨脹或收縮而產(chǎn)生的應(yīng)變。產(chǎn)生的應(yīng)變。熱應(yīng)力熱應(yīng)力： 由于某種原因約束了材料的膨脹或收縮，在由于某種原因約束了材料的膨脹或收縮，在內(nèi)部產(chǎn)生的抵抗熱應(yīng)變的應(yīng)力。內(nèi)部產(chǎn)生的抵抗熱應(yīng)變的應(yīng)力。熱膨脹定律熱膨脹定律：，a a 線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)。lTTl)(0 a aTT0, , a a，El1+a a (T T0)熱沖擊熱沖擊： 短時間溫度的急劇變化

11、，在物體的外部和內(nèi)部短時間溫度的急劇變化，在物體的外部和內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)大的溫差，從而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。產(chǎn)生相當(dāng)大的溫差，從而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。)(0TTEllE a as s當(dāng)當(dāng)TT0時，時，s s 是是壓應(yīng)力壓應(yīng)力，當(dāng)當(dāng)T1；5雙剪雙剪(剪切試驗剪切試驗)：試件試件壓頭壓頭FFQFQQbb2AF tdFbs三、擠壓實用計算三、擠壓實用計算1擠壓計算對擠壓計算對聯(lián)接件聯(lián)接件和和被聯(lián)接件被聯(lián)接件都需進(jìn)行：都需進(jìn)行：3擠壓應(yīng)力擠壓應(yīng)力：bsbsbsAF s s假設(shè)擠壓應(yīng)力在計算假設(shè)擠壓應(yīng)力在計算擠壓面上均勻分布。擠壓面上均勻分布。4擠壓強度條件擠壓強度條件：)(bsmaxbss ss s 5許用擠壓

12、應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力s s bs ：2計算擠壓面計算擠壓面：1)擠壓面為平面，計算擠壓面就為該面；擠壓面為平面，計算擠壓面就為該面； 2)擠壓面為曲面，取受力面對直徑的投擠壓面為曲面，取受力面對直徑的投 影面作為計算擠壓面；影面作為計算擠壓面； 由模擬試驗得到；由模擬試驗得到；dtA bs四、例題四、例題例例3-6 圖示軸與齒輪的平鍵聯(lián)接。已知軸直徑圖示軸與齒輪的平鍵聯(lián)接。已知軸直徑d=70mm，鍵的尺寸，鍵的尺寸為為bhl=2012100mm，傳遞的力偶矩，傳遞的力偶矩Me=2kNm，鍵的許用，鍵的許用應(yīng)力應(yīng)力 =60MPa，s s bs =100MPa。試校核鍵的強度。試校核鍵的強度。dOFM

13、ennOMeh/2blnnFQFbs ：0OMeQ2/MdF blAdMFQeQkN1 .57/2MPa6 .28)/(/QQQ blFAF解：校核鍵的剪切強度：解：校核鍵的剪切強度：kN1 .57Qbs FFMPa2 .952/ )(bsbsbsbsbss ss s hlFAF2/bshlA 校核鍵的擠壓強度：校核鍵的擠壓強度：FQ例例3-7 如圖螺釘，已知：如圖螺釘，已知： =0.6s s ，求其，求其d:h的合理比值。的合理比值。hFd 4QQ2N s ss sdhFAFdFAF解：解：當(dāng)當(dāng)s s， 分別達(dá)到分別達(dá)到s s ， 時，材料的利用最合理時，材料的利用最合理4 . 2:46 .

14、 02 hddFdhF小小 結(jié)結(jié)一、本章重點一、本章重點 材料靜荷力學(xué)性能材料靜荷力學(xué)性能(特別是低碳鋼拉伸試驗特別是低碳鋼拉伸試驗)； 軸向拉壓桿強度的三方面計算；軸向拉壓桿強度的三方面計算； 軸向拉壓桿變形及位移計算；軸向拉壓桿變形及位移計算； 材力材力中的中的“三關(guān)系三關(guān)系”及其應(yīng)用；及其應(yīng)用； 變形協(xié)調(diào)法求解簡單拉壓靜不定問題；變形協(xié)調(diào)法求解簡單拉壓靜不定問題；小小 結(jié)結(jié)二、思考題二、思考題 試畫出低碳鋼拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線，并標(biāo)出相應(yīng)試畫出低碳鋼拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線，并標(biāo)出相應(yīng)的特征點及符號、名稱；的特征點及符號、名稱； 試解釋低碳鋼局部變形階段時，應(yīng)力應(yīng)變曲線試解釋低碳鋼局部變形階段時，應(yīng)力應(yīng)變曲線上的應(yīng)力下降了為什么會斷裂；上的應(yīng)力下降了為什么會斷裂； 試說出下列符號的名稱及含義：試說出下列符號的名稱及含義：s se、s sp、s ss、s sb(s sbc) 、s s0.2、 、y y； 試分析低碳鋼、鑄鐵拉伸與壓縮的失效形式，試分析低碳鋼、鑄鐵拉伸與壓縮的失效形式，導(dǎo)致失效的應(yīng)力；導(dǎo)致失效的應(yīng)力； 在線彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和變形與材料有關(guān)嗎？在線彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和變形與材料有關(guān)嗎？ 如何從應(yīng)力應(yīng)變曲線上判斷材料的強度、剛?cè)绾螐膽?yīng)力應(yīng)變曲線上判斷材料的強度、剛度及