過程設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ)：3拉壓

3拉伸與壓縮3.1材料力學(xué)的任務(wù)和研究對象3.2直桿拉壓的應(yīng)力與強度條件3.3拉壓的變形與虎克定律3.4材料的力學(xué)性能與測試3.5交變應(yīng)力和應(yīng)力集中3.1材料力學(xué)的基本概念材料力學(xué)的任務(wù)：安全+經(jīng)濟,技術(shù)經(jīng)濟材料力學(xué)的研究對象：變形固體（構(gòu)件）

安全可靠：在力學(xué)角度必須滿足——足夠的承載能力（足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性）

經(jīng)濟之一：

合適選材、減少材料消耗概念：彈性變形、塑性變形材料力學(xué)的基本假定：

小變形條件，材料的連續(xù)性，各向同性構(gòu)件的類型:板、殼、桿桿件基本變形的形式：拉壓、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)小變形條件：變形很微小連續(xù)性假設(shè)：物質(zhì)結(jié)構(gòu)是密實的、連續(xù)的各向同性假設(shè):材料在各個方向的力學(xué)性質(zhì)都相同。表3-1基本的變形形式變形形式工程實例受力簡圖拉伸或壓縮剪

切扭

轉(zhuǎn)彎

曲軸力：沿桿的軸線作用的內(nèi)力。規(guī)定——拉壓變形時軸力拉為正，壓力為負。沿桿軸線各橫截面上的軸力各不相同，可用軸力圖畫出其分布。內(nèi)力和截面法外力：物體對構(gòu)件的作用，如約束反力、主動力;內(nèi)力：構(gòu)件一部分與相鄰部分之間的相互作用力;截面法：假想將桿件切開，使內(nèi)力轉(zhuǎn)化為外力，運用靜力平衡條件求出截面上內(nèi)力的方法。例1步驟：截、取、代、平例3.1例3-1 求直桿的內(nèi)力例3-2承受軸向拉壓載荷的構(gòu)件：ABC

3mG+Q1.5mPPN3.2直桿的拉伸和壓縮吊構(gòu)、機架、聯(lián)結(jié)螺栓、支腿、千斤頂?shù)穆輻U3.2直桿的拉伸和壓縮一、直桿軸向拉壓時橫截面上的應(yīng)力FFmmFmmN應(yīng)力單位面積上內(nèi)力的大小，衡量桿件受力的強弱程度。外力：大小相等，方向相反，作用在直桿兩端，作用線與軸線重合。內(nèi)力：軸力；平面截面假設(shè)；正應(yīng)力：

＝N/A表示橫截面上各點所受的內(nèi)力的數(shù)值，方向與橫截面垂直。規(guī)定：拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負單位：帕，N/m2；直桿拉壓變形的特點教材P41：例3-2，計算攪拌釜軸的應(yīng)力3.3直桿拉壓時斜截面上的應(yīng)力研究直桿在任意斜截面上的應(yīng)力分布FFnk

k

=f

sin=cos.sin=/2.sin2nFf

斜截面上的應(yīng)力：f

=N/A,A=A/cos

f

=N/A=N

cos/A=cos

=f

cos=cos.cos=/2.(1+cos2)直桿受軸向拉壓時，在斜截面上同時出現(xiàn)正應(yīng)力

和剪應(yīng)力

，為的函數(shù)。在=0o的截面上，

=max=，即橫截面上的正應(yīng)力最大，此時剪力=0。在=45o的截面上，

=max=/2，該截面上的剪應(yīng)力最大，此時

=

=/2。在=90o的截面上，

=max=0，即縱向截面上無應(yīng)力。

=(1+cos2)●/2

=sin2●/2危險應(yīng)力σ0

構(gòu)件開始破壞時的極限應(yīng)力。強度條件

σ

max<σ0

許用應(yīng)力[σ]=σ0/n取許用應(yīng)力[σ]的理由：1、補償構(gòu)件實際工作情況與設(shè)計計算時所設(shè)想的條件不一致。2、必要的強度儲備。三.強度條件3.4直桿軸向拉壓時的強度條件考慮實際情況及必要強度儲備后，強度條件為：

σmax<[σ]1)強度校核：σmax<[σ]2)截面設(shè)計：A>N/[σ]3)確定許可工作載荷：N<[σ].A根據(jù)強度條件可完成三件工作：解：N=P

=N/A=P/(d2/4)=199MPa

[

]

強度不夠，不安全例3-3管道吊桿直徑d=8mm，材料為Q235，[

]=125MPa，管道重量P=10000N，校核桿件強度。PPN圓整后取吊桿直徑d=12mm。例3-4已知G=5KN，BC桿d=20mm，材料

Q235，[]=120MPa，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,

由強度條件

=

NBC

/(d2/4)

[]，解得：

[Q]11.85KNG+QyNBCBxNBAABC

3mG+Q1.5mABC

3mG+Q1.5m3.5直桿拉壓的變形和虎克定律金屬材料約0.3，表3-1絕對變形ΔlΔa相對變形泊松系數(shù)虎克定律物理中將上式兩邊除以截面積A，則：

E稱為材料的拉壓彈性模量，表示材料抵抗彈性變形的能力。表3-1例題3-5N1Q1122FN211FFQ22解：N1=F=10KN

1=N1/A1=...=127.3MPal1=Fl1/EA=0.637mmN2=F+Q=12KN

2=N2/A1=...=38.1MPal2=Fl2/EA=0.0955mml=l1+l2=0.73mm3.6材料的力學(xué)性能材料的強度及測定一)低碳鋼的拉伸試驗及其機械性質(zhì)金屬拉伸試驗試樣國家標準規(guī)定：l=10d和l=5d 材料在外力作用下表現(xiàn)出來的各種性能稱為力學(xué)性能(機械性能)。力學(xué)性能試驗室

強度試驗機拉伸時載荷與伸長量曲線拉伸時應(yīng)力與應(yīng)變曲線彈性階段ob：基本符合虎克定律，比例極限

p屈服階段ac：屈服現(xiàn)象，屈服極限

s強化階段ce：強度極限

b頸縮斷裂階段ek：局部變形階段延伸率：，塑性指標，塑性材料和脆性材料截面收縮率：

=（A-A1）/A100%σ-ε圖四階段二)其它材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線塑性材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線名義屈服極限σ0.2其它塑性材料拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線脆性材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線三)壓縮時的應(yīng)力應(yīng)變曲線塑性材料壓縮時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線脆性材料壓縮時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線四)材料的沖擊韌性及測定指材料抵抗沖擊載荷的能力沖擊試驗機硬度試驗機五)材料硬度及測定表示其它物體對它表面局部壓入的能力A.布氏硬度瑞典工程師T.A.Brinell于1900年提出普通碳鋼鑄鐵B.洛氏硬度由美國人Rockwell于1919年提出。用金剛石圓錐體或硬度鋼球做壓頭，根據(jù)試樣的壓痕深度來表示硬度高低。常見有：

HRAHRBHRC對于A、C級：對于B級：六)溫度對材料機械性能的影響E/MPa

/MPa

t(×102h)F(KN)=28MPa蠕變應(yīng)力松弛無延性轉(zhuǎn)變溫度高溫持久試驗機七)交變載荷作用下的強度問題循環(huán)特征r交變載荷＼交變應(yīng)力對稱循環(huán)r＝－１非對稱循環(huán)-1＜r＜1脈動循環(huán)r=0強度決定于：

1交變應(yīng)力的最大值

2循環(huán)次數(shù)

3交變應(yīng)力的特征八、應(yīng)力集中的概念應(yīng)力集中：因構(gòu)件外形、承載等突然改變，導(dǎo)致構(gòu)件局部應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象。應(yīng)力集中系數(shù)：kFFF作業(yè)：3-2，3-9，3-11

本章主要內(nèi)容：

截面法求內(nèi)力

拉壓變形的外力、內(nèi)力、應(yīng)力

拉壓變形的強度條件