過(guò)程設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)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(duì)象3.2直桿拉壓的應(yīng)力與強(qiáng)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(cè)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(jì),技術(shù)經(jīng)濟(jì)材料力學(xué)的研究對(duì)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(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性）

經(jīng)濟(jì)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(shí)的、連續(xù)的各向同性假設(shè):材料在各個(gè)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(shí)例受力簡(jiǎn)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(shí)軸力拉為正，壓力為負(fù)。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(duì)構(gòu)件的作用，如約束反力、主動(dòng)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(kāi)，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。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(jī)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(shí)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(qiáng)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(diǎn)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(fù)單位：帕，N/m2；直桿拉壓變形的特點(diǎn)教材P41：例3-2，計(jì)算攪拌釜軸的應(yīng)力3.3直桿拉壓時(shí)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(shí)，在斜截面上同時(shí)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(shí)剪力=0。在=45o的截面上，

=max=/2，該截面上的剪應(yīng)力最大，此時(shí)

=

=/2。在=90o的截面上，

=max=0，即縱向截面上無(wú)應(yīng)力。

=(1+cos2)●/2

=sin2●/2危險(xiǎn)應(yīng)力σ0

構(gòu)件開(kāi)始破壞時(shí)的極限應(yīng)力。強(qiáng)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(bǔ)償構(gòu)件實(shí)際工作情況與設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)所設(shè)想的條件不一致。2、必要的強(qiáng)度儲(chǔ)備。三.強(qiáng)度條件3.4直桿軸向拉壓時(shí)的強(qiáng)度條件考慮實(shí)際情況及必要強(qiáng)度儲(chǔ)備后，強(qiáng)度條件為：

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

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

[

]

強(qiáng)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(qiáng)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(duì)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]11.85KNG+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(duì)變形ΔlΔa相對(duì)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(qiáng)度及測(cè)定一)低碳鋼的拉伸試驗(yàn)及其機(jī)械性質(zhì)金屬拉伸試驗(yàn)試樣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：l=10d和l=5d 材料在外力作用下表現(xiàn)出來(lái)的各種性能稱為力學(xué)性能(機(jī)械性能)。力學(xué)性能試驗(yàn)室

強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)拉伸時(shí)載荷與伸長(zhǎng)量曲線拉伸時(shí)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(qiáng)化階段ce：強(qiáng)度極限

b頸縮斷裂階段ek：局部變形階段延伸率：，塑性指標(biāo)，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(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線塑性材料壓縮時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線脆性材料壓縮時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線四)材料的沖擊韌性及測(cè)定指材料抵抗沖擊載荷的能力沖擊試驗(yàn)機(jī)硬度試驗(yàn)機(jī)五)材料硬度及測(cè)定表示其它物體對(duì)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(guó)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(lái)表示硬度高低。常見(jiàn)有：

HRAHRBHRC對(duì)于A、C級(jí)：對(duì)于B級(jí)：六)溫度對(duì)材料機(jī)械性能的影響E/MPa

/MPa

t(×102h)F(KN)=28MPa蠕變應(yīng)力松弛無(wú)延性轉(zhuǎn)變溫度高溫持久試驗(yàn)機(jī)七)交變載荷作用下的強(qiáng)度問(wèn)題循環(huán)特征r交變載荷＼交變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)r＝－１非對(duì)稱循環(huán)-1＜r＜1脈動(dòng)循環(huán)r=0強(qiáng)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(qiáng)度條件