材料力學(xué)課件第二章 第三章

1、目錄(ml)1、構(gòu)件：工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的每一組成部分。 （例如：行車(hngch)結(jié)構(gòu)中的橫梁、吊索等） 理論力學(xué)研究剛體，研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。 材料力學(xué)研究變形體，研究力與變形的關(guān)系。二、基本概念2、變形：在外力作用下，固體內(nèi)各點(diǎn)相對(duì)位置的改變。(宏觀上看就是物體尺寸和形狀的改變）共八十頁3、內(nèi)力：構(gòu)件內(nèi)由于發(fā)生(fshng)變形而產(chǎn)生的相互作用力。（內(nèi)力隨外力的增大而增大）強(qiáng)度：在載荷作用下，構(gòu)件抵抗(dkng)破壞的能力。剛度：在載荷作用下，構(gòu)件抵抗變形的能力。塑性變形(殘余變形) 外力解除后不能消失 彈性變形 隨外力解除而消失目錄共八十頁4、穩(wěn)定性： 在載荷(zi h)作用下，構(gòu)件保持原

2、有平衡狀態(tài)的能力。 強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性是衡量構(gòu)件承載能力的三個(gè)方面(fngmin)，材料力學(xué)就是研究構(gòu)件承載能力的一門科學(xué)。 目錄共八十頁 研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性,還需要了解材料的力學(xué)性能。因此在進(jìn)行理論(lln)分析的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)研究是完成材料力學(xué)的任務(wù)所必需的途徑和手段。目錄(ml) 材料力學(xué)的任務(wù)就是在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又安全的構(gòu)件，提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。三、材料力學(xué)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(dāng) _ 不滿足上述要求, 不能保證安全工作.若：不恰當(dāng)?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(fèi)均不可取共八十頁構(gòu)件(

3、gujin)的分類：桿件、板殼*、塊體*材料力學(xué)主要(zhyo)研究桿件等截面直桿等直桿四、材料力學(xué)的研究對(duì)象直桿 軸線為直線的桿曲桿 軸線為曲線的桿等截面桿橫截面的大小 形狀不變的桿變截面桿橫截面的大小 或形狀變化的桿目錄共八十頁1、連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為(rnwi)整個(gè)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(gt)都將發(fā)生變形，故稱為變形固體(gt)。在材料力學(xué)中，對(duì)變形固體作如下假設(shè)：目錄灰口鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織共八十頁2、均勻性假設(shè)：認(rèn)為物體內(nèi)的任何部分(b fen)，其力學(xué)性能相同普通鋼材(gngci)的顯微組織優(yōu)質(zhì)鋼材的顯微組織目錄共八十頁ABCF12 如右圖，

4、遠(yuǎn)小于構(gòu)件(gujin)的最小尺寸，所以通過節(jié)點(diǎn)平衡求各桿內(nèi)力時(shí)，把支架的變形略去不計(jì)。計(jì)算得到很大的簡化。4、小變形與線彈性(tnxng)范圍3、各向同性假設(shè)：認(rèn)為在物體內(nèi)各個(gè)不同方向的力學(xué)性能相同（沿不同方向力學(xué)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(qiáng)材料等）認(rèn)為構(gòu)件的變形極其微小，比構(gòu)件本身尺寸要小得多。目錄共八十頁外力(wil)及其分類外力(wil)：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體積力：連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點(diǎn) 的力。如重力和慣性力表面力：連續(xù)分布于物體表面上的力。如油缸內(nèi)壁的壓力，水壩受到的水壓力等均為分布力若外力作用面積遠(yuǎn)小于物體表面的尺寸，

5、可作為作用于一點(diǎn)的集中力。如火車輪對(duì)鋼軌的壓力等分布力：集中力：目錄共八十頁按外力與時(shí)間(shjin)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(dòng)(bindng)很不顯著，稱為靜載。靜載：動(dòng)載：載荷隨時(shí)間而變化。如交變載荷和沖擊載荷外力及其分類交變載荷沖擊載荷目錄共八十頁內(nèi)力：外力作用引起(ynq)構(gòu)件內(nèi)部的附加相互作用力。求內(nèi)力的方法(fngf) 截面法目錄1.7 內(nèi)力與內(nèi)力分量(1)假想沿m-m橫截面將 桿切開(2)留下左半段或右半段(3)將棄去部分對(duì)留下部 分的作用用內(nèi)力代替(4)對(duì)留下部分寫平衡方 程，求出內(nèi)力的值。共八十頁目錄(ml)1.8 應(yīng)力的概念(ginin)與定

6、義為了表示內(nèi)力在一點(diǎn)處的強(qiáng)度，引入內(nèi)力集度,即應(yīng)力的概念。應(yīng)力是矢量，通常分解為 正應(yīng)力 切應(yīng)力應(yīng)力的國際單位為 Pa（帕斯卡）1Pa= 1N/m21kPa=103N/m21MPa=106N/m21GPa=109N/m2共八十頁1.9 應(yīng)變以及(yj)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系1.位移(wiy)剛性位移；MMMM變形位移。2.變形物體內(nèi)任意兩點(diǎn)的相對(duì)位置發(fā)生變化。取一微正六面體兩種基本變形：線變形 線段長度的變化DxDx+DsxyogMMLNLN角變形 線段間夾角的變化目錄共八十頁拉壓變形(bin xng)拉伸（壓縮(y su)）、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲剪切變形桿件的基本變形：目錄1.10 結(jié)論與討論共八十頁扭

7、轉(zhuǎn)(nizhun)變形彎曲(wnq)變形目錄共八十頁第二章 軸向荷載(hzi)作用下桿件的材料力學(xué)問題目 錄共八十頁2.1 軸力與軸力圖(lt)目 錄共八十頁2.1 軸力與軸力圖(lt)目 錄共八十頁 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(bin xng)是沿軸線方向的伸長或縮短。拉（壓）桿的受力簡圖FF拉伸FF壓縮2.1 軸力與軸力圖(lt)目 錄受力特點(diǎn)與變形特點(diǎn)：共八十頁 1、截面(jimin)法求內(nèi)力FFmmFFNFFN目 錄(1)假想(jixing)沿m-m橫截面將 桿切開(2)留下左半段或右半段(3)將棄去部分對(duì)留下部分 的作用用內(nèi)力代替(4)對(duì)留下部分寫平衡方程

8、 求出內(nèi)力即軸力的值共八十頁2、軸力：截面(jimin)上的內(nèi)力FFmmFFNFFN目 錄 由于外力的作用線與桿件的軸線重合(chngh)，內(nèi)力的作用線也與桿件的軸線重合(chngh)。所以稱為軸力。3、軸力正負(fù)號(hào)： 拉為正、壓為負(fù)4、軸力圖：軸力沿桿 件軸線的變化共八十頁例題(lt)2.1目 錄例題(lt)2.2共八十頁目 錄共八十頁 桿件的強(qiáng)度(qingd)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(qiáng)度(qingd)。目 錄 在拉（壓）桿的橫截面上，與軸力FN對(duì)應(yīng)(duyng)的應(yīng)力是正應(yīng)力 。根據(jù)連續(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：2.1 軸向荷載

9、作用下桿件橫截面上的應(yīng)力共八十頁目 錄 平面假設(shè)變形前原為平面的橫截面，變形后仍保持(boch)為平面且仍垂直于軸線。橫向線ab、cd仍為直線，且仍垂直于桿軸線，只是分別(fnbi)平行移至ab、cd。 觀察變形： 共八十頁 該式為橫截面上的正應(yīng)力(yngl)計(jì)算公式。正應(yīng)力(yngl)和軸力FN同號(hào)。即拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。圣維南原理(yunl)目 錄共八十頁目 錄共八十頁例題(lt)2.2 圖示結(jié)構(gòu)，試求桿件AB、CB的應(yīng)力(yngl)。已知 F=20kN；斜桿AB為直徑20mm的圓截面桿，水平桿CB為1515的方截面桿。FABC解：1、計(jì)算各桿件的軸力。（設(shè)斜桿為1桿，水平桿為2桿）用

10、截面法取節(jié)點(diǎn)B為研究對(duì)象4512FBF45目 錄共八十頁2、計(jì)算(j sun)各桿件的應(yīng)力。FABC4512FBF45目 錄共八十頁例題(lt)2.2 懸臂吊車的斜桿AB為直徑d=20mm的鋼桿，載荷(zi h)W=15kN。當(dāng)W移到A點(diǎn)時(shí)，求斜桿AB橫截面上的應(yīng)力。解：當(dāng)載荷W移到A點(diǎn)時(shí)，斜桿AB受到拉力最大，設(shè)其值為Fmax。討論橫梁平衡目 錄0.8mABC1.9mdCA共八十頁由三角形ABC求出斜桿(xi n)AB的軸力為斜桿(xi n)AB橫截面上的應(yīng)力為目 錄0.8mABC1.9mdCA共八十頁 實(shí)驗(yàn)(shyn)表明：拉（壓）桿的破壞并不總是沿橫截面發(fā)生，有時(shí)卻是沿斜截面發(fā)生的。目

11、錄 共八十頁2.3 最簡單(jindn)的強(qiáng)度問題一 、安全(nqun)因數(shù)和許用應(yīng)力工作應(yīng)力極限應(yīng)力塑性材料脆性材料塑性材料的許用應(yīng)力脆性材料的許用應(yīng)力目 錄 n 安全因數(shù) 許用應(yīng)力共八十頁二 、強(qiáng)度(qingd)條件根據(jù)強(qiáng)度條件(tiojin)，可以解決三類強(qiáng)度計(jì)算問題1、強(qiáng)度校核：2、設(shè)計(jì)截面：3、確定許可載荷：目 錄共八十頁例題(lt)2.5 AC為50505的等邊角鋼，AB為10號(hào)槽鋼，=120MPa。確定(qudng)許可載荷F。解：1、計(jì)算軸力（設(shè)斜桿為1桿，水平桿為2桿）用截面法取節(jié)點(diǎn)A為研究對(duì)象2、根據(jù)斜桿的強(qiáng)度，求許可載荷AF查表得斜桿AC的面積為A1=24.8cm2目 錄

12、共八十頁3、根據(jù)(gnj)水平桿的強(qiáng)度，求許可載荷AF查表得水平(shupng)桿AB的面積為A2=212.74cm24、許可載荷目 錄共八十頁2.4 軸向荷載作用下的變形分析(fnx)與計(jì)算一 縱向(zn xin)變形二 橫向變形鋼材的E約為200GPa，約為0.250.33EA為抗拉剛度泊松比橫向應(yīng)變目 錄 共八十頁目 錄共八十頁目 錄 對(duì)于變截面(jimin)桿件（如階梯桿），或軸力變化。則共八十頁例題(lt)2.6 AB長2m, 面積(min j)為200mm2。AC面積為250mm2。E=200GPa。F=10kN。試求節(jié)點(diǎn)A的位移。解：1、計(jì)算軸力。（設(shè)斜桿為1桿，水平桿為2桿）取

13、節(jié)點(diǎn)A為研究對(duì)象2、根據(jù)胡克定律計(jì)算桿的變形。AF300斜桿伸長水平桿縮短目 錄共八十頁3、節(jié)點(diǎn)(ji din)A的位移（以切代弧）AF300目 錄共八十頁2.5 兩種典型(dinxng)材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能 力學(xué)性能：在外力作用下材料在變形和破壞(phui)方面所表現(xiàn)出的力學(xué)特性。一 試件和實(shí)驗(yàn)條件常溫、靜載目 錄共八十頁目 錄共八十頁二 低碳鋼的拉伸(l shn)目 錄共八十頁明顯(mngxin)的四個(gè)階段1、彈性(tnxng)階段ob比例極限彈性極限2、屈服階段bc（失去抵抗變形的能力）屈服極限3、強(qiáng)化階段ce（恢復(fù)抵抗變形的能力）強(qiáng)度極限4、局部徑縮階段ef目 錄胡克定律E彈性模量（G

14、N/m2）共八十頁兩個(gè)塑性(sxng)指標(biāo):斷后(dun hu)伸長率斷面收縮率為塑性材料為脆性材料低碳鋼的為塑性材料目 錄共八十頁三 卸載定律及冷作(ln zu)硬化1、彈性范圍(fnwi)內(nèi)卸載、再加載2、過彈性范圍卸載、再加載 材料在卸載過程中應(yīng)力和應(yīng)變是線性關(guān)系，這就是卸載定律。 材料的比例極限增高，延伸率降低，稱之為冷作硬化或加工硬化。目 錄共八十頁四 其它材料拉伸時(shí)的力學(xué)(l xu)性質(zhì) 對(duì)于沒有明顯屈服階段的塑性材料，用名義屈服極限(jxin)p0.2來表示。目 錄共八十頁 對(duì)于脆性材料（鑄鐵），拉伸時(shí)的應(yīng)力(yngl)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

15、伸長率約為0.5%。為典型的脆性材料。 bt拉伸強(qiáng)度極限（約為140MPa）。它是衡量脆性材料（鑄鐵）拉伸的唯一(wi y)強(qiáng)度指標(biāo)。目 錄共八十頁2.6 兩種典型(dinxng)材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能一 試件和實(shí)驗(yàn)(shyn)條件常溫、靜載目 錄共八十頁二 塑性材料（低碳鋼）的壓縮(y su) 拉伸與壓縮(y su)在屈服階段以前完全相同。屈服極限比例極限彈性極限E - 彈性摸量目 錄共八十頁三 脆性材料（鑄鐵(zhti)）的壓縮 脆性材料(cilio)的抗拉與抗壓性質(zhì)不完全相同 壓縮時(shí)的強(qiáng)度極限遠(yuǎn)大于拉伸時(shí)的強(qiáng)度極限目 錄共八十頁目 錄共八十頁2.7 結(jié)論(jiln)與討論 約束(yush)

16、反力（軸力）可由靜力平衡方程求得靜定結(jié)構(gòu)：目 錄共八十頁 約束反力不能由平衡(pnghng)方程求得超靜定結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度均得到(d do)提高超靜定度（次）數(shù)： 約束反力多于獨(dú)立平衡方程的數(shù)獨(dú)立平衡方程數(shù)：平面任意力系： 3個(gè)平衡方程平面共點(diǎn)力系： 2個(gè)平衡方程目 錄共八十頁1、列出獨(dú)立(dl)的平衡方程超靜定(jn dn)結(jié)構(gòu)的求解方法：2、變形幾何關(guān)系3、物理關(guān)系4、補(bǔ)充方程5、求解方程組，得例題2.7目 錄圖示結(jié)構(gòu)，1 、2桿抗拉剛度為E1A1 ，3桿抗拉剛度為E3A3 ，在外力F 作用下，求三桿軸力？共八十頁應(yīng)力(yngl)集中的概念 常見的油孔、溝槽等均有構(gòu)件尺寸突變，突變處

17、將產(chǎn)生(chnshng)應(yīng)力集中現(xiàn)象。即理論應(yīng)力集中因數(shù)1、形狀尺寸的影響： 2、材料的影響： 應(yīng)力集中對(duì)塑性材料的影響不大；應(yīng)力集中對(duì)脆性材料的影響嚴(yán)重，應(yīng)特別注意。目 錄 尺寸變化越急劇、角越尖、孔越小，應(yīng)力集中的程度越嚴(yán)重。共八十頁一.剪切的實(shí)用(shyng)計(jì)算第3章 連接件的剪切與擠壓(j y)強(qiáng)度計(jì)算鉚釘連接剪床剪鋼板FF目 錄共八十頁銷軸連接(linji)剪切受力特點(diǎn)：作用在構(gòu)件兩側(cè)面上的外力(wil)合力大小相等、方向相反且作用線很近。變形特點(diǎn)：位于兩力之間的截面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。目 錄共八十頁FFFnnFFsnFnFsnnFFsFsnnFmm目 錄共八十頁 假設(shè)切應(yīng)力在剪切面（m

18、-m 截面(jimin)）上是均勻分布的, 得實(shí)用切應(yīng)力計(jì)算公式：切應(yīng)力強(qiáng)度(qingd)條件：許用切應(yīng)力，常由實(shí)驗(yàn)方法確定塑性材料：脆性材料：目 錄共八十頁二.擠壓(j y)的實(shí)用計(jì)算 假設(shè)(jish)應(yīng)力在擠壓面上是均勻分布的得實(shí)用擠壓應(yīng)力公式*注意擠壓面面積的計(jì)算FF擠壓力 Fbs= F（1）接觸面為平面Abs實(shí)際接觸面面積（2）接觸面為圓柱面Abs直徑投影面面積目 錄共八十頁塑性材料：脆性材料：擠壓強(qiáng)度(qingd)條件：許用擠壓應(yīng)力，常由實(shí)驗(yàn)方法確定(a)d(b)d(c)目 錄共八十頁目 錄共八十頁 為充分利用材料，切應(yīng)力和擠壓(j y)應(yīng)力應(yīng)滿足得：目 錄共八十頁 圖示接頭，受軸向

19、力F 作用。已知F=50kN，b=150mm，=10mm，d=17mm，a=80mm，=160MPa，=120MPa，bs=320MPa，鉚釘和板的材料(cilio)相同，試校核其強(qiáng)度。 2.板的剪切強(qiáng)度(qingd)解：1.板的拉伸強(qiáng)度例題3-1目 錄共八十頁3.鉚釘(modng)的剪切強(qiáng)度 4.板和鉚釘?shù)臄D壓(j y)強(qiáng)度 結(jié)論：強(qiáng)度足夠。目 錄共八十頁例題(lt)3-2平鍵連接 圖示齒輪用平鍵與軸連接，已知軸的直徑d=70mm，鍵的尺寸為 ，傳遞的扭轉(zhuǎn)力偶矩Me=2kNm，鍵的許用應(yīng)力=60MPa， = 100MPa。試校核鍵的強(qiáng)度。OFdMennhb(a)FSMennO(b)0.5hFSnnb(c)目 錄共八十頁解：（1）校核(xio h)鍵的剪切強(qiáng)度由平衡方程得（2）校核鍵的擠壓(j y)強(qiáng)度由平衡方程得或平鍵滿足強(qiáng)度要求。目 錄共八十頁小結(jié)(xioji)1.軸力的計(jì)算(j sun)和軸力圖的繪制2.典型的塑性材料和脆性材料的主要力學(xué)性能 及相關(guān)指標(biāo)3.橫截面上的應(yīng)力計(jì)算，拉壓強(qiáng)度條件及計(jì)算4.拉（壓）桿的變形計(jì)算，桁架節(jié)點(diǎn)位移5.拉壓超靜定的基本概念及超靜定問題的求解方法目 錄6.剪切變形的特點(diǎn),剪切實(shí)用計(jì)算,擠壓實(shí)用計(jì)算共八十頁第4章 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度與剛度(n d)計(jì)算共八十頁汽車(qch)傳動(dòng)軸4.1 外加(wiji)扭力矩、扭矩與扭矩圖共八十