機械中的材料力學

1、2.2 機械中的材料力學理論力學研究剛體，研究力與運動的系。材料力學研究變形體，研究力與變形系。剛體是人們根據(jù)大多數(shù)固體材料的特性而抽象簡化出來的理想材料，實際材料受到載荷后都會發(fā)生變形，這就是材料的內(nèi)效應，或者叫變形效應。由于材料在載荷作用下的內(nèi)效應，才導致了結構的變形和破壞。2.2 機械中的材料力學 固體材料的基本假設連續(xù)性：材料粒子在材料空間分布是連續(xù)的均勻性：材料粒子在材料空間分布是均勻的各向同性：研究的固體材料在看見各個方向性質(zhì)相同小變形和線彈性范圍：構件的本身的變形比其本身尺寸小得多。其實，自然界的很多材料是各向異性的，如竹子、木材、存在解理方向的巖石等。但一般在材料力學課程中涉及

2、的材料都認為是各向同性的。2.2 機械中的材料力學 材料力學的任務在滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的要求下，為構件的安全工作提供計算方法和理論依據(jù)。強度：構件在載荷作用下抵抗破壞（斷裂或嚴重的塑性屈服）的能力；剛度：在外力作用下構件抵抗變形的能力；穩(wěn)定性：構件保持其原有平衡狀態(tài)的能力。也就是外力作用撤消后，是否可以恢復到原平衡狀態(tài)。強度、剛度、穩(wěn)定性是構件安全工作的必要條件！2.2 機械中的材料力學 材料力學的任務就是在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設計既經(jīng)濟又安全的構件，提供必要的理論基礎和計算方法。2.2 機械中的材料力學 決定構件是否被破壞，不僅取決于所承受的載荷，而且也取決于構件的幾何尺寸

3、，因此引入了力的集度的概念。 應力：構件內(nèi)部某點處截面內(nèi)力的集度。 極限應力：由材料自身性質(zhì)決定的能夠承受的最大應力的值。 工程應用中如何選取材料？安全因數(shù)。2.2 機械中的材料力學 什么是安全因數(shù)？ 機械結構適度的強度儲備，以保證其安全運行達到預期的使用壽命。 安全因數(shù)是一個大于1的數(shù)值。 極限應力除以安全因數(shù)后得到的應力稱為許用應力，許用應力是實際工程設計中構件所允許達到的最大應力。 塑性材料的安全因數(shù)1.5 2之間； 脆性材料的安全因數(shù)2.5 3之間。低碳鋼試件拉伸時的力學性能1、彈性階段ob2.2 機械中的材料力學 塑性材料： 具有較高的韌度，在破壞之前有較長的塑性流動階段； 在屈服后

4、存在的強化階段。 因此塑性材料采用屈服極限作為極限應力，偏于安全。 通常其安全因數(shù)較小，1.5-2之間，以便節(jié)約材料。鑄鐵拉壓時的力學性能曲線沒有明顯的直線部分和屈服階段；無縮頸現(xiàn)象而發(fā)生斷裂，塑性變形很小。把斷裂時曲線最高點所對應的應力值記作b ，稱為抗拉強度。鑄鐵的抗拉強度較低。由于鑄鐵總是在較小的應力下工作，且變形很小，故可近似地認為符合虎克定律。通常用割線oa近似地代替曲線oa，并以割線oa的斜率作為彈性模量E。2.2 機械中的材料力學 脆性材料： 破壞是突然的，不可預料的； 破壞形式通常是斷裂，沒有預警。 會產(chǎn)生嚴重惡果。 通常其安全因數(shù)較大，2.5-3之間。 安全因數(shù)的選擇還要考慮

5、應用場合，例如核電站2.2 機械中的材料力學材料的力學性質(zhì)是材料的最重要的性質(zhì)，也是保證該種材料加工制造的構件能夠安全工作的基礎。拉伸性質(zhì)采用萬能材料試驗機，試件加工滿足國標。典型金屬材料：低碳鋼、鑄鐵。以低碳鋼為代表的材料稱為塑性材料，以屈服失效時的應力屈服極限（屈服強度）作為標志應力。以鑄鐵為代表的材料稱為脆性材料，以斷裂破壞時的應力強度極限（抗拉強度）作為標志應力。強度要求：構件工作的最大應力不允許超過許用應力。2.2 機械中的材料力學材料在受到一定載荷的作用后都會發(fā)生變形，這就是材料的內(nèi)效應，或者叫變形效應。材料在載荷作用下的內(nèi)效應，才導致了結構的變形和破壞（斷裂或者塑性變形）。構件在

6、外載荷作用下的破壞，不僅取決于所受的載荷，也與力的集度有關。定義構件內(nèi)部某點處界面內(nèi)力的集度稱為應力，材料自身性質(zhì)所決定的能夠承受的最大應力的值，稱為極限應力。應力是矢量，通?？梢苑纸鉃檎龖颓袘?國際單位Pa。彈性變形隨外力解除而消失塑性變形(殘余變形) 外力解除后不能消失2.2 機械中的材料力學 強度分析和材料的性質(zhì)密切相關。 力學實驗時強度分析的重要手段。通常 分為力學性能測試和結構的應力應變測 試兩大類。 固體材料的力學性能測試是把需要測試 的材料加工成標準試件，載荷通過材料 實驗機施加，常用的材料實驗機有液壓 式和電子式兩種。電子式材料試驗機2.2 機械中的材料力學電阻應變儀是利

7、用金屬的應變-電阻效應制成的電阻應變計，測量器電阻變化，間接測量構件的應變。金屬材料在受到拉伸變形后電阻值會改變，電橋平衡測量金屬絲的電阻變化，換算得到應變。典型應用：壓力傳感器惠斯通電橋（又稱單臂電橋）是一種可以精確測量電阻的儀器。電阻R1，R2，R3，R4叫做電橋的四個臂，G為檢流計，用以檢查它所在的支路有無電流。當G無電流通過時，稱電橋達到平衡。平衡時，四個臂的阻值滿足一個簡單的關系，利用這一關系就可測量電阻。2.2 機械中的材料力學 機械工程中大量地存在以彎曲為主的梁結構2.2 機械中的材料力學工程中的壓桿都需要考慮穩(wěn)定性承受壓力的桿件當所受的壓力達到一定的程度時，桿在外界橫向干擾下將

8、從直線平衡狀態(tài)變?yōu)閺澢胶?。這樣的現(xiàn)象稱為失穩(wěn)。桿件失穩(wěn)時，其承載能力大大地下降，對受壓桿件必須進行穩(wěn)定性分析，以確定桿所能夠承受的最大安全載荷（臨界載荷）。壓桿的臨界載荷與桿的材料、截面尺寸、約束和長度相關，也就是桿的柔度。長的桿件的臨界載荷小，粗桿的臨界載荷大； 約束松的桿的臨界載荷小，約束強桿臨界載荷大； 模量小的桿的臨界載荷小，模量大桿臨界載荷大。內(nèi)燃機的結構強度內(nèi)燃機的每一個工作循環(huán)都包括：進氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣等四個過程。四沖程內(nèi)燃機的工作循環(huán)是在曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，即四個行程中完成的；二沖程內(nèi)燃機的工作循環(huán)則是在曲軸旋轉(zhuǎn)一周，即兩個行程中完成的。內(nèi)燃機每個工作循環(huán)都有燃燒膨脹過程，使得內(nèi)燃機的零部件承受周期性的變化力作用，周期性性換氣氣中的氣體，