工程力學(xué)4材料力學(xué)的基本概念

工程力學(xué)4材料力學(xué)的基本概念匯報人：AA2024-01-29緒論材料的力學(xué)性能桿件的基本變形應(yīng)力狀態(tài)和強度理論組合變形及連接部分的強度計算壓桿穩(wěn)定問題contents目錄01緒論123研究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變、應(yīng)力、強度、剛度、穩(wěn)定性和導(dǎo)致各種材料破壞的極限研究材料在受力后的變形和破壞機理為受力構(gòu)件提供強度、剛度和穩(wěn)定性計算的理論基礎(chǔ)材料力學(xué)的任務(wù)03實體三個方向尺寸相當(dāng)?shù)臉?gòu)件01桿件長度遠大于橫截面上其他尺寸的構(gòu)件02板殼厚度遠小于其他兩個方向尺寸的構(gòu)件材料力學(xué)的研究對象材料力學(xué)的基本假設(shè)連續(xù)性假設(shè)小變形假設(shè)均勻性假設(shè)各向同性假設(shè)假設(shè)材料無空隙地充滿整個構(gòu)件的空間假設(shè)材料內(nèi)各點處的力學(xué)性能相同假設(shè)材料沿各個方向具有相同的力學(xué)性能假設(shè)外力作用下構(gòu)件的變形遠小于其原始尺寸，便于用原始尺寸和形狀代替變形后的尺寸和形狀進行分析計算02材料的力學(xué)性能強度和塑性強度材料在靜載荷作用下抵抗破壞的能力，通常以材料的屈服點、抗拉強度等指標(biāo)來衡量。塑性材料在靜載荷作用下發(fā)生塑性變形而不破壞的能力，通常以延伸率、斷面收縮率等指標(biāo)來衡量。硬度硬度是材料抵抗局部變形的能力，通常通過硬度試驗來測定，如布氏硬度、洛氏硬度等。硬度與強度有一定關(guān)系，但并非線性相關(guān)，因此硬度不能完全代替強度指標(biāo)。韌性是材料在沖擊載荷作用下吸收能量并抵抗斷裂的能力，通常以沖擊韌性指標(biāo)來衡量。韌性好的材料能夠抵抗突然加載時的斷裂，適用于承受沖擊或振動的場合。韌性疲勞強度是材料在交變應(yīng)力作用下抵抗疲勞破壞的能力，通常以疲勞極限來衡量。疲勞破壞是材料在低于靜強度極限的交變應(yīng)力作用下發(fā)生的斷裂現(xiàn)象，具有突發(fā)性和隱蔽性，因此疲勞強度是工程設(shè)計中需要特別關(guān)注的一個指標(biāo)。疲勞強度03桿件的基本變形當(dāng)桿件受到一對大小相等、方向相反、作用線與桿件軸線重合的外力作用時，桿件沿軸線方向伸長，這種變形稱為軸向拉伸。若桿件在上述外力作用下縮短，則稱為軸向壓縮。軸向拉伸與壓縮是桿件最基本的變形形式。軸向拉伸與壓縮軸向壓縮軸向拉伸剪切變形當(dāng)桿件受到一對大小相等、方向相反、作用線相距很近且垂直于桿件軸線的外力作用時，桿件的橫截面將發(fā)生相對錯動，這種變形稱為剪切。剪切面發(fā)生剪切的截面稱為剪切面。剪切變形主要發(fā)生在受剪切的區(qū)域內(nèi)，離剪切面較遠的部分變形很小。剪切VS當(dāng)桿件受到一對大小相等、方向相反且作用面垂直于桿件軸線的力偶作用時，桿件的任意兩個橫截面將發(fā)生繞軸線的相對轉(zhuǎn)動，這種變形稱為扭轉(zhuǎn)。扭矩引起扭轉(zhuǎn)的力偶矩稱為扭矩。在扭轉(zhuǎn)過程中，離扭矩作用點較遠的部分變形較小。扭轉(zhuǎn)變形扭轉(zhuǎn)當(dāng)桿件受到垂直于軸線的橫向力或力偶作用時，桿件的軸線將變?yōu)榍€，這種變形稱為彎曲。彎曲變形引起彎曲變形的內(nèi)力稱為彎矩和剪力。在彎曲過程中，離橫向力或力偶作用點較遠的部分變形較小。彎曲變形是工程中最常見的變形形式之一。彎矩和剪力彎曲04應(yīng)力狀態(tài)和強度理論應(yīng)力狀態(tài)的定義物體內(nèi)部各點在不同方向上受到的應(yīng)力作用，描述物體內(nèi)部應(yīng)力分布的情況。主應(yīng)力和主平面在應(yīng)力狀態(tài)中，存在三個互相垂直的主平面，每個主平面上只有一個正應(yīng)力作用，稱為主應(yīng)力。應(yīng)力狀態(tài)的分類根據(jù)主應(yīng)力的數(shù)量和性質(zhì)，應(yīng)力狀態(tài)可分為單向應(yīng)力狀態(tài)、二向應(yīng)力狀態(tài)和三向應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)力狀態(tài)的概念平面應(yīng)力狀態(tài)的特點在某一平面內(nèi)，物體內(nèi)部各點受到的應(yīng)力作用可簡化為兩個互相垂直的正應(yīng)力和一個剪應(yīng)力。莫爾圓法通過作莫爾圓，可以直觀地表示出平面應(yīng)力狀態(tài)下各點應(yīng)力的大小和方向，進而分析應(yīng)力的分布和變化規(guī)律。應(yīng)力分量轉(zhuǎn)換公式在不同坐標(biāo)系下，平面應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力分量可以通過轉(zhuǎn)換公式進行轉(zhuǎn)換。平面應(yīng)力狀態(tài)分析八面體剪應(yīng)力在空間應(yīng)力狀態(tài)中，存在一個特殊的剪應(yīng)力，稱為八面體剪應(yīng)力，它與三個主應(yīng)力的差值有關(guān)?？臻g應(yīng)力狀態(tài)的表示方法空間應(yīng)力狀態(tài)可以通過應(yīng)力張量、應(yīng)力矢量或應(yīng)力球張量等方式進行表示和分析。空間應(yīng)力狀態(tài)的特點在三維空間中，物體內(nèi)部各點受到的應(yīng)力作用包括三個互相垂直的正應(yīng)力和三個剪應(yīng)力?？臻g應(yīng)力狀態(tài)分析研究材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的破壞規(guī)律，建立材料破壞的判據(jù)和強度條件。強度理論的定義工程中常用的四大強度理論包括最大拉應(yīng)力理論、最大伸長線應(yīng)變理論、最大切應(yīng)力理論和形狀改變比能理論。四大強度理論不同的強度理論適用于不同的材料和應(yīng)力狀態(tài)，需要根據(jù)實際情況進行選擇和應(yīng)用。強度理論的適用范圍強度理論概述05組合變形及連接部分的強度計算兩種或兩種以上的基本變形同時作用于同一構(gòu)件上的變形。組合變形的定義拉伸（壓縮）與彎曲組合變形、偏心壓縮（拉伸）、扭轉(zhuǎn)與彎曲組合變形等。組合變形的分類疊加原理、能量法、有限元法等。組合變形的分析方法組合變形概述拉伸（壓縮）與彎曲組合變形的特點同時受到軸向力和彎矩的作用，構(gòu)件產(chǎn)生軸向變形和彎曲變形。拉伸（壓縮）與彎曲組合變形的分析方法先分別計算軸向力和彎矩引起的應(yīng)力和變形，然后根據(jù)疊加原理進行組合。拉伸（壓縮）與彎曲組合變形的強度條件最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力均不超過材料的許用應(yīng)力。拉伸（壓縮）與彎曲組合變形偏心壓縮（拉伸）的特點01軸向力作用線與構(gòu)件軸線不重合，構(gòu)件同時產(chǎn)生軸向變形和彎曲變形。偏心壓縮（拉伸）的分析方法02通過截面法計算軸向力和彎矩，然后分別計算軸向力和彎矩引起的應(yīng)力和變形，最后根據(jù)疊加原理進行組合。偏心壓縮（拉伸）的強度條件03最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力均不超過材料的許用應(yīng)力，同時需考慮附加彎矩對構(gòu)件的影響。偏心壓縮（拉伸）連接部分的強度計算方法根據(jù)連接部分的類型（如鉚接、焊接、螺栓連接等）和受力情況，選擇合適的強度計算公式進行計算。連接部分的強度條件連接部分的強度應(yīng)滿足相應(yīng)的強度標(biāo)準或規(guī)范要求，以確保整個構(gòu)件的安全性和穩(wěn)定性。連接部分的特點連接部分通常是構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)，其強度對整個構(gòu)件的承載能力有重要影響。連接部分的強度計算06壓桿穩(wěn)定問題壓桿在受到壓力作用時，能夠保持其原有平衡狀態(tài)而不發(fā)生屈曲或失穩(wěn)的能力。壓桿穩(wěn)定性壓桿在受到外力作用時，其內(nèi)部應(yīng)力與外力達到平衡，且壓桿不發(fā)生任何形式的變形或運動。平衡狀態(tài)壓桿在受到一定壓力作用時，突然發(fā)生側(cè)向彎曲變形而喪失承載能力。屈曲壓桿穩(wěn)定的概念細長壓桿長度遠大于截面尺寸的壓桿，其受力特點以彎曲變形為主。臨界壓力使細長壓桿發(fā)生屈曲的最低壓力值，是壓桿穩(wěn)定問題中的重要參數(shù)。歐拉公式用于計算細長壓桿臨界壓力的公式，與壓桿的材料、截面形狀和尺寸、長度等因素有關(guān)。細長壓桿的臨界壓力穩(wěn)定校核方法通過比較壓桿所受壓力與臨界壓力的大小，判斷壓桿是否穩(wěn)定。若壓力小于臨界壓力，則壓桿穩(wěn)定；反之，則不穩(wěn)定。影響因素壓桿的穩(wěn)定校核需考慮多種因素，如壓桿的材料性質(zhì)、截面形狀和尺寸、長度、支撐條件等。穩(wěn)定安全系數(shù)為保證壓桿穩(wěn)定而引入的安全儲備系數(shù)，一般大于1。壓桿的穩(wěn)定校核ABCD提高壓桿穩(wěn)定性的措施選擇合理的截面形狀和尺寸增加壓桿