工程力學(xué)04-材料力學(xué)

匯報(bào)人：AA2024-01-31工程力學(xué)04-材料力學(xué)材料力學(xué)基本概念與分類拉伸與壓縮變形分析剪切與擠壓變形分析彎曲變形與內(nèi)力分析扭轉(zhuǎn)變形與內(nèi)力分析扭矩和扭矩圖繪制方法組合變形與強(qiáng)度理論應(yīng)用目錄01材料力學(xué)基本概念與分類材料力學(xué)是研究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變、應(yīng)力、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定和導(dǎo)致各種材料破壞的極限的學(xué)科。主要是均勻、連續(xù)、各向同性的線彈性變形體，例如桿、梁、軸等以及各種形式的零件和構(gòu)件。材料力學(xué)定義及研究對(duì)象研究對(duì)象定義材料在外力作用下發(fā)生變形，外力去除后能恢復(fù)原狀的變形。彈性變形塑性變形斷裂材料在外力作用下發(fā)生變形，外力去除后不能恢復(fù)原狀，而保留永久變形的變形。材料在應(yīng)力作用下發(fā)生分離的現(xiàn)象，包括脆性斷裂和韌性斷裂。030201材料變形與破壞形式應(yīng)力01單位面積上所承受的附加內(nèi)力，用于描述物體內(nèi)部某一點(diǎn)的受力狀態(tài)。應(yīng)變02物體由于外因(受力、濕度、溫度場變化等)而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并試圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。關(guān)系03應(yīng)力與應(yīng)變之間存在一定的比例關(guān)系，即胡克定律。在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比；超過彈性范圍后，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系變得復(fù)雜。應(yīng)力與應(yīng)變概念及關(guān)系彈性材料塑性材料脆性材料韌性材料材料力學(xué)性質(zhì)分類應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系符合胡克定律，外力去除后能恢復(fù)原狀的材料。在外力作用下（如拉伸、沖擊等）僅產(chǎn)生很小的變形即斷裂破壞的材料。應(yīng)力超過彈性極限后，出現(xiàn)明顯的塑性變形，外力去除后不能恢復(fù)原狀的材料。在沖擊、振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量，同時(shí)也能產(chǎn)生一定的變形而不破壞的材料。02拉伸與壓縮變形分析通過拉伸或壓縮試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣施加軸向力，測(cè)量其變形和破壞過程。實(shí)驗(yàn)方法基于胡克定律，在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系。通過測(cè)量試樣在受力過程中的應(yīng)變，可計(jì)算得到其應(yīng)力值。實(shí)驗(yàn)原理拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)方法及原理線性關(guān)系在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，即應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而均勻增加。彈性模量彈性模量是描述材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的比例常數(shù)，它反映了材料抵抗彈性變形的能力。彈性范圍內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系塑性變形特點(diǎn)當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后，材料發(fā)生塑性變形，此時(shí)應(yīng)變不再隨應(yīng)力的增加而均勻增加，而是出現(xiàn)不可逆的永久變形。判定依據(jù)通常通過比較材料的屈服點(diǎn)與彈性極限來判斷其是否發(fā)生塑性變形。屈服點(diǎn)是指材料在受力過程中開始產(chǎn)生明顯塑性變形的應(yīng)力值。塑性變形特點(diǎn)及判定依據(jù)為保證材料在正常工作條件下不發(fā)生破壞，需要滿足一定的強(qiáng)度條件，即材料的許用應(yīng)力應(yīng)大于或等于其工作應(yīng)力。強(qiáng)度條件在選擇安全系數(shù)時(shí)，需要考慮材料的性質(zhì)、受力情況、工作環(huán)境等因素。一般來說，對(duì)于重要的工程結(jié)構(gòu)或承受較大載荷的零件，應(yīng)選擇較大的安全系數(shù)以確保其安全可靠。安全系數(shù)選擇強(qiáng)度條件與安全系數(shù)選擇03剪切與擠壓變形分析剪切與擠壓實(shí)驗(yàn)方法及原理實(shí)驗(yàn)方法通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)材料施加剪切或擠壓載荷，觀察其變形和破壞情況。實(shí)驗(yàn)原理基于彈性力學(xué)和塑性力學(xué)理論，分析材料在剪切或擠壓載荷作用下的應(yīng)力、應(yīng)變和破壞機(jī)理。VS在剪切面上，應(yīng)力呈線性分布，最大應(yīng)力出現(xiàn)在剪切面中心，向兩側(cè)逐漸減小。影響因素材料的彈性模量、泊松比、剪切面積和載荷大小等因素會(huì)影響剪切面上的應(yīng)力分布。剪切面應(yīng)力分布剪切面上應(yīng)力分布規(guī)律變形特點(diǎn)材料在擠壓過程中，會(huì)發(fā)生塑性變形，形成擠壓帶和擠壓孔洞等特征。影響因素?cái)D壓速度、擠壓溫度、材料性質(zhì)和模具形狀等因素會(huì)影響擠壓過程中的變形特點(diǎn)。擠壓過程中變形特點(diǎn)材料在剪切載荷作用下，必須滿足剪切強(qiáng)度條件，即剪切應(yīng)力必須小于材料的許用剪切應(yīng)力。材料在擠壓載荷作用下，必須滿足擠壓強(qiáng)度條件，即擠壓應(yīng)力必須小于材料的許用擠壓應(yīng)力。同時(shí)，還需要考慮材料的塑性變形能力和穩(wěn)定性等因素。剪切強(qiáng)度條件擠壓強(qiáng)度條件剪切與擠壓強(qiáng)度條件04彎曲變形與內(nèi)力分析彎曲變形定義彎曲變形是指梁在受到垂直于軸線外力作用時(shí)，發(fā)生的軸線曲率變化的變形形式。彎曲變形分類根據(jù)外力作用方式和約束條件不同，彎曲變形可分為純彎曲、橫力彎曲和復(fù)雜彎曲等類型。彎曲變形基本概念及分類梁橫截面內(nèi)力計(jì)算剪力是指梁橫截面上，與橫截面相切的力。根據(jù)靜力平衡條件，可計(jì)算梁橫截面上的剪力。剪力計(jì)算彎矩是指梁橫截面上，與橫截面垂直的力偶矩。根據(jù)靜力平衡條件和力偶矩定理，可計(jì)算梁橫截面上的彎矩。彎矩計(jì)算正應(yīng)力計(jì)算正應(yīng)力是指梁在彎曲變形時(shí)，橫截面上某點(diǎn)處沿截面法線方向的應(yīng)力。根據(jù)材料力學(xué)原理，可計(jì)算梁橫截面上的正應(yīng)力分布。要點(diǎn)一要點(diǎn)二切應(yīng)力計(jì)算切應(yīng)力是指梁在彎曲變形時(shí)，橫截面上某點(diǎn)處沿截面切線方向的應(yīng)力。根據(jù)材料力學(xué)原理，可計(jì)算梁橫截面上的切應(yīng)力分布。彎曲正應(yīng)力和切應(yīng)力計(jì)算彎曲變形對(duì)梁的影響彎曲變形會(huì)使梁產(chǎn)生撓度和轉(zhuǎn)角，影響梁的承載能力和使用性能。預(yù)防措施為了減小彎曲變形對(duì)梁的影響，可采取增加梁截面尺寸、提高材料強(qiáng)度、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等措施。同時(shí)，在梁的使用過程中，應(yīng)避免超載和局部過載等情況的發(fā)生。彎曲變形對(duì)梁影響及預(yù)防措施05扭轉(zhuǎn)變形與內(nèi)力分析桿件受到大小相等、方向相反、作用平面垂直于桿件軸線的力偶作用，使桿件的橫截面繞軸線產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。扭轉(zhuǎn)變形定義根據(jù)外力偶矩的作用方式，扭轉(zhuǎn)變形可分為自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)變形分類扭轉(zhuǎn)變形基本概念及分類扭矩計(jì)算扭矩等于外力偶矩的代數(shù)和。扭矩圖表示沿桿件軸線各橫截面上扭矩變化規(guī)律的圖線。圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上內(nèi)力計(jì)算圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)，橫截面上的切應(yīng)力沿半徑方向呈線性分布，中心處為零，最大切應(yīng)力發(fā)生在表面。切應(yīng)力分布規(guī)律最大切應(yīng)力等于扭矩除以抗扭截面模量。最大切應(yīng)力計(jì)算公式扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力分布規(guī)律圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)，各橫截面繞軸線作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而各橫截面本身并不發(fā)生變形。扭轉(zhuǎn)變形特點(diǎn)根據(jù)外力偶矩的作用方式、扭矩圖和切應(yīng)力分布規(guī)律等綜合判斷。扭轉(zhuǎn)變形判定依據(jù)圓軸扭轉(zhuǎn)變形特點(diǎn)及判定依據(jù)06扭矩和扭矩圖繪制方法

扭矩的概念和性質(zhì)扭矩定義扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的一種特殊的力矩，等于力和力臂的乘積。扭矩的性質(zhì)扭矩是矢量，其方向垂直于作用平面，符合右手螺旋法則。扭矩與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)系扭矩與物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、角加速度之間存在一定的關(guān)系。確定外力偶矩分段疊加法扭矩圖的繪制注意事項(xiàng)扭矩圖的繪制步驟01020304首先計(jì)算作用在桿件上的外力偶矩。將桿件分段，計(jì)算每段的扭矩，然后按照順序疊加起來。在桿件的受力圖上，按照計(jì)算出的扭矩值，用直線或曲線將各點(diǎn)連接起來，形成扭矩圖。在繪制扭矩圖時(shí)，要注意標(biāo)明扭矩的正負(fù)號(hào)，以及扭矩圖的比例尺。03優(yōu)化桿件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)扭矩圖的分析結(jié)果，可以對(duì)桿件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高桿件的承載能力和使用壽命。01判斷桿件的受力狀態(tài)通過扭矩圖可以判斷桿件各段的受力狀態(tài)，如拉壓、彎曲等。02計(jì)算桿件的變形和應(yīng)力利用扭矩圖可以計(jì)算桿件的變形和應(yīng)力，為桿件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。扭矩圖的應(yīng)用07組合變形與強(qiáng)度理論應(yīng)用構(gòu)件同時(shí)發(fā)生兩種或兩種以上基本變形的情況。組合變形定義拉伸（壓縮）與彎曲組合變形、彎曲與扭轉(zhuǎn)組合變形等。組合變形分類各基本變形相互影響，產(chǎn)生附加應(yīng)力和應(yīng)變。組合變形特點(diǎn)組合變形基本概念及分類拉伸（壓縮）與彎曲組合變形形式偏心拉伸（壓縮）等。應(yīng)力與應(yīng)變分析根據(jù)材料力學(xué)原理，分析構(gòu)件在組合變形下的應(yīng)力和應(yīng)變分布。強(qiáng)度與剛度計(jì)算基于應(yīng)力和應(yīng)變分析結(jié)果，進(jìn)行構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算。拉伸（壓縮）與彎曲組合變形分析123如彎扭組合作用下的構(gòu)件變形。彎曲與扭轉(zhuǎn)組合變形形式分析構(gòu)件在彎扭組合作用下的應(yīng)力和應(yīng)變分布特點(diǎn)。應(yīng)力與應(yīng)變分析針對(duì)彎扭組合變形，進(jìn)行構(gòu)件