大三制藥過程設(shè)備3拉伸與壓縮

過程設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3拉伸與壓縮主要內(nèi)容材料力學(xué)的基本概念拉伸和壓縮材料的力學(xué)性能力學(xué)性能測試交變應(yīng)力下的強(qiáng)度問題應(yīng)力集中1.材料力學(xué)的基本概念1.靜態(tài)平衡下的剛體2.不改變幾何形狀3.外力作用下如何保持平衡狀態(tài)1.不能無限制的承受外力2.發(fā)生形狀和尺寸的改變3.彈性變形4.塑性變形靜力學(xué)材料力學(xué)

靜力學(xué)與材料力學(xué)的區(qū)別1.材料力學(xué)的基本概念材料在力學(xué)角度需滿足的基本要求預(yù)測校核設(shè)計(jì)1.材料力學(xué)的基本概念Q：材料力學(xué)需要解決什么問題呢？構(gòu)件的小變形變形固體1.材料力學(xué)的基本概念連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為整個(gè)物體體積內(nèi)毫無空隙地充滿物質(zhì)在外力作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故稱為變形固體，而構(gòu)件一般均由固體材料制成，故構(gòu)件一般都是變形固體。均勻性假設(shè)：認(rèn)為物體內(nèi)的任何部分，其力學(xué)性能相同各向同性假設(shè)：認(rèn)為在物體內(nèi)各個(gè)不同方向的力學(xué)性能相同1.材料力學(xué)的基本概念構(gòu)件變形的基本形式：拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲桿縱向尺寸遠(yuǎn)大于橫向尺寸的構(gòu)件板厚度比其長度和寬度小的多的平面構(gòu)件殼厚度比其長度和寬度小的多，但其幾何形狀不是平面，而是曲面的構(gòu)件1.材料力學(xué)的基本概念拉壓變形剪切變形1.材料力學(xué)的基本概念扭轉(zhuǎn)變形彎曲變形1.材料力學(xué)的基本概念外力:物體對構(gòu)件的作用，如約束反力、主動力按外力作用的方式體積力:是連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點(diǎn)的力如物體的自重和慣性力面積力: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，可作為作用于一點(diǎn)的集中力。如火車輪對鋼軌的壓力等按時(shí)間分布力：集中力：靜載：動載：緩慢加載（a≈0）快速加載（a≠0），或沖擊加載1.材料力學(xué)的基本概念內(nèi)力：構(gòu)件一部分與相鄰部分之間的相互作用力。求內(nèi)力的方法－－截面法假想將桿件切開，使內(nèi)力轉(zhuǎn)化為外力，運(yùn)用靜力平衡條件求出截面上內(nèi)力的方法。（拉力為正，壓力為負(fù)）NmN’m

1.材料力學(xué)的基本概念例1：求直桿的軸力軸力圖：拉力畫在軸的上側(cè)，壓力畫在軸的下測。1.材料力學(xué)的基本概念例2：實(shí)際生活中的拉伸和壓縮實(shí)際生活中的拉伸和壓縮實(shí)際生活中的拉伸和壓縮實(shí)際生活中的拉伸和壓縮上海東方明珠電視塔高468m球徑45m主干是3根直徑9米，高287米的空心擎天大柱實(shí)際生活中的拉伸和壓縮2.拉伸和壓縮承受軸向拉壓載荷的構(gòu)件：ABC

3mG+Q1.5mPPN外力大小并不能判斷桿件的受力程度，單位面積上的內(nèi)力大小才能衡量構(gòu)件的受力強(qiáng)弱2023/9/19過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)2.拉伸和壓縮2.拉伸和壓縮直桿軸向拉壓時(shí)橫截面上的應(yīng)力FFmmFmmN單位面積上內(nèi)力的大小，衡量桿件受力的強(qiáng)弱程度。什么是應(yīng)力？2.拉伸和壓縮規(guī)定：拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)單位：帕，N/m2；教材P41：例3-2，計(jì)算攪拌釜軸的應(yīng)力應(yīng)力正應(yīng)力和剪應(yīng)力應(yīng)力方向與截面垂直為正應(yīng)力σ應(yīng)力方向與截面平行為剪應(yīng)力τ

2.拉伸和壓縮2.拉伸和壓縮直桿軸向拉壓時(shí)斜面上的應(yīng)力FFnk

knFf

橫截面上的正應(yīng)力：截面k-k的面積為A

：2.拉伸和壓縮直桿受軸向拉（壓）時(shí)的強(qiáng)度條件極限應(yīng)力：許用應(yīng)力：構(gòu)件的實(shí)際工作應(yīng)力2.拉伸和壓縮1)強(qiáng)度校核：max<[

]2)截面設(shè)計(jì)：A>N/[

]3)確定許可工作載荷：N<[

]·A根據(jù)強(qiáng)度條件可完成三件工作：2.拉伸和壓縮PPN圓整后取吊桿直徑d=12mm。例

管道吊桿直徑d=8mm，材料為Q235，[]=125MPa，管道重量P=10000N，校核桿件強(qiáng)度。2.拉伸和壓縮G+QyNBCBxNBAABC3G+1.5mABC3mG+Q1.5m例

已知G=5KN，BC桿d=20mm，材料Q235，[]=120MPa，保證BC桿的強(qiáng)度，求[Q]解：以B鉸為研究對象，受力如圖。

列出平衡方程：

Fy=0,NBC?sin

(G+Q)=0

則NBC=(G+Q)/sin,

由強(qiáng)度條件

=NBC

/(d2/4)

[]，解得：

[Q]11.85KN例氣缸蓋用根徑為20mm的8個(gè)螺栓與氣缸體聯(lián)接，如圖所示。螺栓材料的許用應(yīng)力[]=100Mpa，氣缸體內(nèi)徑D=600mm，試求氣缸內(nèi)允許的最大壓力p（不考慮螺栓的預(yù)緊力）2023/9/19過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)292.拉伸和壓縮解答2023/9/19過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)30每個(gè)螺栓橫截面積為：每個(gè)螺栓的許可軸力為：

因此，缸內(nèi)最大允許的壓力為：氣缸蓋的受力面積為：

2.拉伸和壓縮2.拉伸和壓縮直桿受軸向拉（壓）時(shí)的變形絕對變形ΔlΔa相對變形泊松比：應(yīng)變2.拉伸和壓縮虎克定律：載荷和變形間的關(guān)系物理中

將上式兩邊除以截面積A，則：因?yàn)榱?/p>

E稱為材料的彈性模量，表示材料抵抗彈性變形的能力。3.材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能及其測試力學(xué)性能（機(jī)械性能）：材料在外力作用下表現(xiàn)出來的各種性能金屬拉伸試驗(yàn)二.試樣圓截面試樣:L=10d或L=5d一.標(biāo)準(zhǔn)：《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》(GB228-2002)INSTRON電液服試驗(yàn)機(jī)3.材料的力學(xué)性能金屬應(yīng)力-應(yīng)變曲線

3.材料的力學(xué)性能拉伸時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變曲線延伸率斷面收縮率3.材料的力學(xué)性能其他金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能塑性材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線名義屈服極限0.8

%5004003002001000玻璃鋼0.41.2

/MPa0.2灰口鑄鐵1.0脆性材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線3.材料的力學(xué)性能高分子材料的拉伸曲線2023/9/19過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)38高分子材料種類很多，它們的力學(xué)性能有很大差異。主要分這樣幾類，一類為硬而脆的高分子材料，如聚苯乙烯、有機(jī)玻璃等；第二類為具有一定強(qiáng)度和塑性的結(jié)晶態(tài)高分子材料，如尼龍、聚碳酸脂等；第三類為高彈性材料，如橡膠等3.材料的力學(xué)性能3.材料的力學(xué)性能不同材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線對比3.材料的力學(xué)性能壓縮時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線塑性材料壓縮時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線拉伸壓縮脆性材料壓縮時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線塑性材料不作壓縮試驗(yàn)，屈服應(yīng)力可直接引用拉伸試驗(yàn)結(jié)果脆性材料，抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高許多，常用于制造承受壓力的構(gòu)件3.材料的力學(xué)性能溫度對材料力學(xué)性能的影響

但在260°以前隨溫度的升高，

b反而增大，同時(shí)

、

卻減小。但象低碳鋼這種在300°以前的特征，并非所有的鋼材都具有。總趨勢:溫度升高,E、

S

、

b下降；

、

增大。0100200300400500(℃)400300200100100908070605040302010Ed3.材料的力學(xué)性能溫度對鉻錳合金力學(xué)性能的影響007505002500-200-1000100200300400500600700800d807060504030201003.材料的力學(xué)性能在服役溫度（35-70%熔點(diǎn)）下，應(yīng)力遠(yuǎn)低于屈服應(yīng)力時(shí)結(jié)構(gòu)/材料中長度（變形）隨時(shí)間增長而增加，卸載后變形無回復(fù)；破壞時(shí)無明顯頸縮。蠕變，一種不可恢復(fù)的塑性變形。試樣重量材料的蠕變?nèi)渥冏冃蔚娜齻€(gè)階段timeCreepstrainprimarysecondarytertiary第一階段：蠕變速率逐漸降低第二階段：蠕變速率近似為常數(shù)第三階段：蠕變速率劇增，并導(dǎo)致最后斷裂3.材料的力學(xué)性能4.材料的其它力學(xué)性能指標(biāo)

拉伸：

屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率、延伸率……

沖擊：

沖擊韌度：金屬材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力。

以材料受沖擊破壞時(shí)單位面積上所消耗的能量來表示，國標(biāo)《GB/T229-2007夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》

單位：N·m（J）

硬度：

材料表面抵抗異物侵入的能力

常用的硬度測定法：壓入法

硬度的表示方法：布氏硬度，洛氏硬度。布氏硬度：瑞典工程師T.A.Brinell于1900年提出適用于鑄鐵、非鐵合金、各種退火及調(diào)質(zhì)的鋼材，不宜測定太硬、太小、太薄和表面不允許有較大壓痕的試樣或工件。布氏硬度越大，材料越硬單位壓痕表面積A上所承受的平均壓力4.材料的其它力學(xué)性能指標(biāo)洛氏硬度：美國人Rockwell于1919年提出用120o金剛石圓錐體或硬度鋼球做壓頭，根據(jù)壓痕深度來表示硬度高低。當(dāng)被測樣品過小或者布氏硬度（HB）大于450時(shí)，就改用洛氏硬度計(jì)量。根據(jù)壓頭材料和主壓力大小不同，常用的有HRA、HRB、HRC三個(gè)等級。洛氏硬度越大，材料越軟。硬度是包含了材料的彈性、塑性、硬化特性、強(qiáng)度和韌性等的綜合影響。4.材料的其它力學(xué)性能指標(biāo)5.交變應(yīng)力下的強(qiáng)度問題材料恒定載荷交變載荷拉伸（壓縮）斷裂疲勞破壞

在某點(diǎn)或某些點(diǎn)承受擾動應(yīng)力，且在足夠多的循環(huán)擾動作用之后形成裂紋或完全斷裂的材料中所發(fā)生的局部永久結(jié)構(gòu)變化的發(fā)展過程，稱為疲勞。循環(huán)擾動次數(shù)成為循環(huán)次數(shù),材料發(fā)生疲勞破壞時(shí)的擾動次數(shù)為疲勞壽命。5.交變應(yīng)力下的強(qiáng)度問題擾動應(yīng)力（交變應(yīng)力），是指隨時(shí)間變化的應(yīng)力。也可更一般地稱為交變載荷（載荷可以是力、應(yīng)力、應(yīng)變、位移等）5.交變應(yīng)力下的強(qiáng)度問題平均應(yīng)力：Sm=(Smax+Smin)/2應(yīng)力幅：Sa=(Smax-Smin)/2應(yīng)力范圍：

S=Smax-Smin應(yīng)力比：R=Smin/Smax5.交變應(yīng)力下的強(qiáng)度問題應(yīng)力比R0StR=1靜載Smax=Smin0StR=0脈沖循環(huán)Smin=00StR=-1對稱循環(huán)Smax=-SminR=-2/0=∞R=-2/1=-25.交變應(yīng)力下的強(qiáng)度問題加載波形5.交變應(yīng)力下的強(qiáng)度問題應(yīng)力應(yīng)變曲線拉伸（壓縮）疲勞5.交變應(yīng)力下的強(qiáng)度問題疲勞極限：S-N曲線

-1

3

1N1N2N301SN

223456

0