cae培训课件三

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1、b一、材料力学的基础知识工程结构或机械的各组成部分，如建筑物的梁和柱、机床的轴，统称为构件。当工程结构或机械工作时，构件将受到载荷的作用，为保证工程结构或机械的正常工作，构件应有足够的能力负担起应当承受的载荷。因此，它应当满足以下的要求：1）强度的要求在规定载荷作用下构件当然不应破坏。例如，冲床的曲轴不可折断，储气罐不应爆破。强度要求就是指构件应有足够的抵抗破坏的能力。2）刚度要求在载荷作用下，构年即使有足够的强度，但若变形过大仍不能正常工作，例如，若齿轮轴变形过大，将造成齿轮和轴承不均匀磨损，引起噪音。机床主轴变形过大，将影响加工精度。刚度要求就是指构件应有足够

2、的抵抗变形的能力。3）稳定性要求有些受压力作用的细长杆，如千斤顶的螺杆、内燃机的挺杆等，应始终维持原有的直线平衡形态，保证不被压弯。稳定性要求就是指构件应有足够的保持原有平衡形态的能力。若构件的横截面尺寸不足或形状不合理，或材料选用不当，将不能满足上述要求，从而不能保证工程结构和机械的安全工作。相反，也不应不恰当地加大横截面尺寸或选用优质材料，这虽满足了上述要求，却多使用了材料和增加了成本，造成浪费。材料力学的任务就是保证在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要的理论基础和计算方法。1.1基本概念1.1.1载荷（load）也称为力、外力

3、、负荷等，可以分成如下所示的各种类型:1）根据构件内生成的应力来分类:拉伸载荷，压缩载荷，弯曲载荷，剪切载荷，扭转载荷。2）采用理论公式的载荷分类：轴向力(N)、横向载荷(N)、弯矩(N·m)、扭矩(N·m)3）按载荷的分布状态分类：分布载荷（均匀分布和任意分布）bb集中载荷（分布载荷的范围相对狭隘情况下的近似）4）给予坐标的一点的载荷分类（在有限元法中这样的表示很多）：Fx、Fy、Fz、Mx、My、MzFx——为x轴方向上的载荷；Mx——为绕x轴转的弯矩载荷5）由加在构件上的载荷的变化形式分类：静载荷（不随时间变化的载荷）图1.1动载荷（不规则载荷、周期载荷、正

4、弦波载荷、冲击载荷）图1.26）由载荷的作用位置来分类：表面力（作用于表面的载荷）物体力（作用于物体体积或质量的载荷，以加速度载荷为代表）7）由载荷的原因来分类：自重、压力载荷、水头压力、浮力、系留力、离心力载荷。地震载荷、风载荷、温度载荷、热套、压力。l（1）与材料力学中理论方面有关的，根据构件内生成的应力来分类；l(2)采用理论公式的载荷分类则是重要的，它们也表示了所对应的构件的中和轴，载荷作用于那个方向；l(3)按载荷的分布状态分类在有限元法中进行应力分析时非常重要的；bbl(4)基于坐标的一点的载荷分类；l(6)由载荷的作用位置来分类；l(5)由加在构件上

5、的载荷的变化形式分类则是与强度评价方面有关；l(7)由载荷的原因分类，与（5）分类密切相关。1.1.2应力(stress)载荷在构件内部产生的抵抗力就是应力。应力，为载荷除以构件的剖面面积所得的值，也即单位面积上的力。应力的记号对于垂向应力是σ（sigma），切应力为τ（tau），通用情况下用s。应力的种类:应力分成作用于构件剖面的垂直方向上的法向应力（正应力、拉伸应力和压缩应力：σ）和作用于构件剖面内的斜线方向上的切面应力（剪应力：τ）。图1.3在有限元法中，输出单元的法向应力（＋为拉伸应力，一为压应力）和切应力。1.1.3应变(strain)和位移(displ

6、acement)施加载荷则构件就会变形。把这个变形用应变和位移来说明。位移——结构体中各点的移动量；bb应变——对于原来长度而言位移所占的比例。图1.4应变的符号使用ε（Epsilon）,γ（Gamma），位移的符号使用δ（Delta），u,v,w等。1.2载荷，位移、应变、应力之间的相互关系只要有载荷存在就有位移、应变、应力的存在，这四种只要有其一存在就会有其他三种存在。用材料力学能够求出结构的位移、应力，这只限于简单的形状和单一载荷形式。有限元法能够在现实复杂的机械或结构和任意载荷情况下，求出位移、应变、应力，给出应变和位移能够求出应力。图1.51.3强度理论

7、概述各种材料因强度不足引起的失效现象是不同的。塑性材料，如普通碳钢，以发生屈服现象，出现塑性变形为失效的标志。脆性材料，如铸铁，失效现象则是突然断裂。bb在单向受力情况下，出现塑性变形时的屈服极限和发生断裂时的强度极限，可由实验测定，和可统称为失效应力。以安全系数除失效应力，便得到许用应力，于是建立强度条件可见，在单向应力状态下，失效状态或强度条件都是以实验为基础的。实际构件危险点的应力状态往往不是单向的。实现复杂应力状态下的实验，要比单向拉伸或压缩困难得多。常用方法是把材料加工成薄壁圆筒(图1.6)，在内压作用下，筒壁为二向应力状态。如再配以轴向拉力，可使两个主

8、应力之比等