机械设计基础 含工程力学 教学课件 作者 李国斌主编 王春艳 蒋昊 马文元副主编 第2章　拉伸和压缩.ppt

《机械设计基础 含工程力学 教学课件 作者 李国斌主编 王春艳 蒋昊 马文元副主编 第2章　拉伸和压缩.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、机械设计基础含工程力学主编第2章　拉伸和压缩2.1　概述2.2　轴向拉伸(压缩)杆件、横截面上的内力——轴力、轴力图2.2.1　轴向拉伸(压缩)杆件2.2.2　横截面上的内力和截面法2.2.3　轴力和轴力图2.3　拉(压)杆的应力2.3.1　横截面上的应力2.3.2　应力集中的概念2.4　拉(压)杆的变形、胡克定律2.4.1　变形2.4.2　胡克定理第2章　拉伸和压缩2.4.3　拉(压)杆变形计算2.5　材料在拉伸和压缩时的力学性能2.5.1　材料拉伸时的力学性能2.5.2　材料的压缩力学性能2.6　拉(压)

2、杆的强度条件及其应用2.1　概述图2-1　轴向拉伸和压缩在工程应用中，拉伸和压缩变形是构件最常见的变形形式，其中较为简单的是杆件的拉伸和压缩问题。如图21a所示，杆受到一对平衡力F的拉伸作用，力的作用方向与杆的轴线重合，在F力作用下杆AB将被拉长；相反，当杆BC受到一对平衡力F压缩时，将会被压短（图21b）。在工程实际中，许多构件并非是简单的杆件，而多是由杆件构成的网架结构，如建筑结构中的屋架（图22）、起重机手臂（图23）等。虽然其受力方式是多样的，但都可以分解成为拉伸、压缩等简单的受力形式来简

3、化模型解决问题。因此，对杆件拉伸和压缩问题的掌握在工程力学中是很重要的。2.1　概述图2-2　大型建筑屋架图2.1　概述图2-3　起重机手臂2.2　轴向拉伸(压缩)杆件、横截面上的内力——轴力、轴力图杆件所受的拉伸或压缩伴随着其自身在受力方向的变形，这种变形称为轴向拉伸或轴向压缩。这种变形形式有两个特点：第一要求杆件是直杆，其轴线是直线；2.2.1　轴向拉伸(压缩)杆件图2-4　不同形式的拉伸和压缩2.2.2　横截面上的内力和截面法图2-5　截面法示意图2.2.3　轴力和轴力图由于材料的连续性，杆件在受到外

4、力作用时，产生的内力在截面上也是连续分布的，其合力通过形心并与轴线方向一致，这样的内力合力通常称为轴力（见图25中FN）。拉伸时轴力方向远离截面，压缩时轴力方向指向截面。一般规定，引起杆件纵向伸长变形的轴力为正，称为拉力；引起杆件纵向缩短变形的轴力为负，称为压力。当杆件受到多个外力作用时，杆件各段轴力的大小和方向各异（图26），所以，为了形象表达各截面轴力的变化情况，通常将其绘制成图，称为轴力图。绘制方法是以杆件的一个端点为坐标原点，取平行于杆件轴线的方向为x轴，其值代表截面的位置；取轴力FN为

5、y轴的值，正值在x轴（基线）上方，负值在x轴下方，如图26d所示。2.2.3　轴力和轴力图图2-6　轴力图2.2.3　轴力和轴力图图2-7　直杆的轴力图2.3.1　横截面上的应力杆件在受拉伸（压缩）时，其稳定性不仅与内部的内力大小有关，也与杆件横截面的面积有关。例如，在相同大小的拉力作用下，横截面小的细杆总是先于粗杆被拉断。将内力和横截面结合起来考虑是工程上常用的方法。一般来说，将杆件受外力作用后内部产生的单位面积上的内力称为应力。应力是衡量杆件横截面上内力分布密集程度的量，对杆件强度分析具有重要意义

6、。2.3.1　横截面上的应力图2-8　拉压杆横截面上的应力分布2.3.1　横截面上的应力图2-9　矩形截面杆例2-3　图2-10所示为起吊三角架，AB杆由截面积为10.86cm2的两根角钢组成，G=130kN，α=30°，求AB杆截面应力。图2-10　起吊三角架2.3.2　应力集中的概念图2-11　应力集中现象等截面直杆受轴向拉伸或压缩时，横截面上的应力是均匀分布的。但由于实际需要，有些零件必须有切口、切槽、油孔、螺纹、轴肩等，以致于在这些部位上截面尺寸发生突然变化。试验结果和理论分析表明，在零件尺寸突然改

7、变处的横截面上，应力并不是均匀分布的。例如，开有圆孔和带有切口的板条(图211)，当其受轴向拉伸时，在圆孔和切口附近的局部区域内，应力将急剧增加，但在离开这一区域稍远处，应力就迅速降低而趋于均匀。这种因杆件外形突然变化而引起局部应力急剧增大的现象，称为应力集中2.4　拉(压)杆的变形、胡克定律杆件在受外力拉伸或压缩时，其轴向和横向尺寸都要发生改变，如图212所示。一般的，在外力作用下杆件发生的形状和尺寸的改变称为变形。轴向尺寸的改变称为轴向变形，横向尺寸的改变称为横向变形，线段长度的改变称为线变形。2.

8、4.1　变形图2-12　拉(压)杆的变形2.4.2　胡克定理杆件在外加载荷作用下产生的变形与载荷之间的关系可以通过实验确定。实验表明，在弹性范围内，变形与载荷成正比，与杆件的长度成正比，与杆件横截面面积成反比。由于这一关系是由科学家胡克首先提出的，故称为胡克定理,其表达式为Δl=FEA=FNlEA（26）式中，E为比例常数，称为材料的弹性模量；A为杆的横截面积。结合式(21)