工程力學(xué)第四章上課件

1、第四章桿件的基本變形桿件的變形圖1-39 套筒扭力扳手操作示意圖桿件四種基本變形桿件長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于橫截面尺寸的構(gòu)件。軸向拉壓變形剪切變形扭轉(zhuǎn)變形彎曲變形第一節(jié) 拉伸與壓縮玩一玩這是一個(gè)人鏈游戲，請(qǐng)5位同學(xué)A、B、C、D和E上講臺(tái)，其中三位A、B和C站在黑板前，手挽手、肩并肩，形成一個(gè)整體；另兩位同學(xué)D和E用老師事先準(zhǔn)備好有一定寬度的帶子分別挽上站在兩側(cè)A和C同學(xué)的左、右手臂。然后，DE兩同學(xué)則用帶子牽引試圖將ABC三人拉開，中間ABC三位同學(xué)應(yīng)用力挽緊所扣手臂，不使整體破壞。如圖4-1所示，不管是否被拉開，只要形成對(duì)抗，游戲結(jié)束。圖4-1 人鏈游戲示意圖內(nèi)力與截面法內(nèi)力是直接與桿件的強(qiáng)弱程度相聯(lián)系

2、的。為了解決強(qiáng)弱程度，即強(qiáng)度問題，必須求出在外力作用下桿件內(nèi)力的大小。圖4-2 截面法示意圖截面法是分析桿件內(nèi)力的唯一方法圖4-2 截面法示意圖截面法截：確定需求內(nèi)力的截面，并沿截面假想地把構(gòu)件切開。?。哼x取其中一部分為研究對(duì)象。代：將截去部分對(duì)研究對(duì)象的作用，以截面上的未知內(nèi)力來代替。 平：根據(jù)研究對(duì)象的平衡條件，建立平衡方程，以確定未知內(nèi)力的大小和方向。 例4-1 如圖4-3a所示，設(shè)一桿沿軸線同時(shí)受力 F1、F2 、F3 的作用，其作用點(diǎn)分別為A、C、 B，求桿各橫截面上的軸力。圖4-3 例4-1題圖例4-1的解解，1.橫截面1-1圖4-3 例4-1題圖例4-1的解2.橫截面2-2圖4-

3、3 例4-1題圖拉伸與壓縮概念受力特點(diǎn)是：作用于桿件上的外力合力的作用線沿桿件軸線。變形特點(diǎn)是：沿軸線方向產(chǎn)生縱向伸長(zhǎng)或縮短。以軸向伸長(zhǎng)為主要變形特征的桿件稱為拉桿。以軸向壓縮為主要變形特征的桿件稱為壓桿。拉伸與壓縮實(shí)例圖4-5 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿圖4-6 汽車轉(zhuǎn)向拉桿應(yīng)力 （a）清障通用硬杠 （b）拖小型車專用硬杠圖4-7 道路清障用大小兩種硬杠 應(yīng)力桿件在外力作用下，單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。公式描述了內(nèi)力在橫截面上的密集程度。垂直于截面的應(yīng)力，稱為正應(yīng)力。當(dāng)軸向?yàn)槔r(shí)，截面上的應(yīng)力為拉應(yīng)力，以正號(hào)表示拉應(yīng)力。軸力為壓力時(shí)，截面上的壓力為壓應(yīng)力，以負(fù)號(hào)表示壓應(yīng)力。例4-2 如圖4-7a、b分別為

4、道路清障通用硬杠和拖小型車專用硬杠，截面均為圓形。通用型硬杠D=70mm，小型車硬杠d=30mm，若拖動(dòng)大型車所需力，即作用在通用硬杠上拉力 ，拉動(dòng)小型車所需力，即作用在拖小型車專用硬杠上拉力 ，試求兩硬杠截面上的正應(yīng)力。 例4-2的解 Fx1= 0， FN1 F1 = 0 FN1 = F1 = 2 kNFx2= 0， FN2 F2 = 0 FN2 = F2= 0.5 kN圖4-4拉伸和壓縮受力簡(jiǎn)圖例4-2的解 應(yīng)力集中因截面尺寸改變而引起應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。這些應(yīng)力集中點(diǎn)通常就是桿件的強(qiáng)度薄弱處。圖4-8 汽車車軸根部斷裂的情形胡克定律圖4-9 彈簧測(cè)力計(jì)胡克定律應(yīng)用圖4-10

5、指針式扭力扳手彈性模量低碳鋼（Q235）的E為200-210 GPa，鑄鐵的E為113-157GPa，鋁合金的E約為70GPa，橡膠的E約為0.00785GPa。 胡克定律 例4-3 若例4-2中硬杠采用低碳鋼（Q235，取E205 GPa）材料制成，通用硬杠長(zhǎng)度 為3m，小型車硬杠的長(zhǎng)度 為1.8m，分別求出兩硬杠的伸長(zhǎng)量。解 根據(jù)公式4-3，有通用硬杠伸長(zhǎng)量小型車硬杠伸長(zhǎng)量拉伸（壓縮）時(shí)材料的力學(xué)性質(zhì)做一做將一根直徑4或5毫米鋁焊條（L109）用兩手反復(fù)折彎，直到焊條被斷裂，觀察焊條彎曲變形及斷裂情況，感受折彎焊條所需力的變化。圖4-11標(biāo)準(zhǔn)試件示意圖低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)圖4-12低碳鋼

6、試件拉伸圖圖4-13低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變圖低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變圖分析彈性階段屈服階段強(qiáng)化階段局部變形階段圖4-14 滑移線和縮頸現(xiàn)象示意圖拉伸時(shí)力學(xué)性質(zhì)應(yīng)用圖4-16氣缸蓋固定螺栓檢驗(yàn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（a）（b）鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)應(yīng)力和應(yīng)變都很小，沒有屈服階段和縮頸現(xiàn)象，沒有明顯的直線段。拉斷時(shí)的最大應(yīng)力 為材料的強(qiáng)度極限 。鑄鐵等脆性材料的抗拉強(qiáng)度很低，不及低碳鋼的強(qiáng)度極限的一半，不宜用作受拉桿件的材料。 圖4-15 灰鑄鐵應(yīng)力應(yīng)變圖材料壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì)圖4-17 低碳鋼壓縮曲線 圖4-18鑄鐵壓縮曲線安全系數(shù)和許用應(yīng)力為了保證桿件的安全，必須使桿件在載荷作用下工作的最大應(yīng)力低于材料的極限應(yīng)力。強(qiáng)度貯備桿件是

7、安全程度的體現(xiàn)，人們將強(qiáng)度貯備的多少稱為安全系數(shù)。允許材料承受的最大應(yīng)力，稱為材料的許用應(yīng)力。許用應(yīng)力值可由極限應(yīng)力除以一個(gè)大于1的安全系數(shù)得到。第二節(jié) 剪切和擠壓做一做用普通手用老虎鉗來剪一般家用電線,如圖4-19。第一次可用力剪斷一載，第二次根據(jù)第一次剪斷電線所需的力，適當(dāng)減力，將電線慢慢再剪下一截。圖4-19 用老虎鉗剪電線剪切的概念圖4-20 受剪切桿件受力變形特點(diǎn)及切應(yīng)力示意圖（a）剪切特點(diǎn)受力特點(diǎn)是：作用于桿件兩側(cè)面上外力的合力大小相等、方向相反，且作用線相距很近；變形特點(diǎn)是：桿件沿兩力作用的截面發(fā)生相對(duì)的錯(cuò)動(dòng)。剪力和切應(yīng)力在外力作用下發(fā)生剪切變形，在零件內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)抵抗變形的力，稱為剪力 。切應(yīng)力表示沿剪切面上應(yīng)力分布的程度，即單位面積上所受到的剪力。剪切變形實(shí)例圖4-21 具有剪切變形的聯(lián)接件（a）（b）（a）圖4-22活塞銷示意圖圖4-23發(fā)動(dòng)機(jī)吊裝架鉸鏈連接示意圖剪切變形實(shí)例活塞銷受力分析圖4-24活塞銷受力分析示意圖鍵聯(lián)接受力分析圖4-25 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與正時(shí)帶輪鍵聯(lián)接及受力分析示意圖擠壓和擠