機械中的材料力學(xué)

2.2機械中的材料力學(xué)理論力學(xué)—研究剛體，研究力與運動的系。材料力學(xué)—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(yīng)，或者叫變形效應(yīng)。由于材料在載荷作用下的內(nèi)效應(yīng)，才導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的變形和破壞。2.2機械中的材料力學(xué)固體材料的基本假設(shè)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(gòu)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(xué)課程中涉及的材料都認為是各向同性的。2.2機械中的材料力學(xué)材料力學(xué)的任務(wù)在滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的要求下，為構(gòu)件的安全工作提供計算方法和理論依據(jù)。強度：構(gòu)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(gòu)件抵抗變形的能力；穩(wěn)定性：構(gòu)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(fù)到原平衡狀態(tài)。強度、剛度、穩(wěn)定性是構(gòu)件安全工作的必要條件！2.2機械中的材料力學(xué)材料力學(xué)的任務(wù)就是在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計既經(jīng)濟又安全的構(gòu)件，提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法。2.2機械中的材料力學(xué)決定構(gòu)件是否被破壞，不僅取決于所承受的載荷，而且也取決于構(gòu)件的幾何尺寸，因此引入了力的集度的概念。應(yīng)力：構(gòu)件內(nèi)部某點處截面內(nèi)力的集度。極限應(yīng)力：由材料自身性質(zhì)決定的能夠承受的最大應(yīng)力的值。工程應(yīng)用中如何選取材料？安全因數(shù)。2.2機械中的材料力學(xué)什么是安全因數(shù)？機械結(jié)構(gòu)適度的強度儲備，以保證其安全運行達到預(yù)期的使用壽命。安全因數(shù)是一個大于1的數(shù)值。極限應(yīng)力除以安全因數(shù)后得到的應(yīng)力稱為許用應(yīng)力，許用應(yīng)力是實際工程設(shè)計中構(gòu)件所允許達到的最大應(yīng)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(xué)性能1、彈性階段ob2.2機械中的材料力學(xué)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；在屈服后存在的強化階段。因此塑性材料采用屈服極限作為極限應(yīng)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(xué)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(yīng)的應(yīng)力值記作σb，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(yīng)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(xué)脆性材料：破壞是突然的，不可預(yù)料的；破壞形式通常是斷裂，沒有預(yù)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)的選擇還要考慮應(yīng)用場合，例如核電站…2.2機械中的材料力學(xué)材料的力學(xué)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(gòu)件能夠安全工作的基礎(chǔ)。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(yīng)力屈服極限（屈服強度）作為標志應(yīng)力。以鑄鐵為代表的材料稱為脆性材料，以斷裂破壞時的應(yīng)力強度極限（抗拉強度）作為標志應(yīng)力。強度要求：構(gòu)件工作的最大應(yīng)力不允許超過許用應(yīng)力。2.2機械中的材料力學(xué)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(yīng)，或者叫變形效應(yīng)。材料在載荷作用下的內(nèi)效應(yīng)，才導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的變形和破壞（斷裂或者塑性變形）。構(gòu)件在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(guān)。定義構(gòu)件內(nèi)部某點處界面內(nèi)力的集度稱為應(yīng)力，材料自身性質(zhì)所決定的能夠承受的最大應(yīng)力的值，稱為極限應(yīng)力。應(yīng)力是矢量，通常可以分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力,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(xué)強度分析和材料的性質(zhì)密切相關(guān)。力學(xué)實驗時強度分析的重要手段。通常分為力學(xué)性能測試和結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變測試兩大類。固體材料的力學(xué)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(xué)電阻應(yīng)變儀是利用金屬的應(yīng)變-電阻效應(yīng)制成的電阻應(yīng)變計，測量器電阻變化，間接測量構(gòu)件的應(yīng)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(yīng)變。典型應(yīng)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(guān)系，利用這一關(guān)系就可測量電阻。2.2機械中的材料力學(xué)機械工程中大量地存在以彎曲為主的梁結(jié)構(gòu)2.2機械中的材料力學(xué)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(guān)，也就是桿的柔度。細長的桿件的臨界載荷小，粗短桿的臨界載荷大；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(jié)構(gòu)強度內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)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，周期性更換氣缸中的氣體，也使得