化工设计课件-2金属的力学性能.ppt

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1、CHAP.2金属的力学性能这一章主要讨论外力对构件所产生的内效应问题，包括：a.金属材料在外力作用下的“表现”;b.外力作用下构件产生的变形和内力（下一章讨论）要使构件设计得既能满足强度、刚度、稳定等要求，又使它尺寸小，重量轻，结构合理，就必须既能分析变形内力，又能了解构件力学性能。在本章开始，首先讨论试件（直杆）在拉力作用下产生的二类应力（正应力、剪应力）及其效应，然后在力学试验机上观察试件在整个受力过程中（中途卸载、反复加载）所表现出来的种种特性，引入了一系列材料的性能指标，以便工程度量。第一章解决二个问题：一是分析复杂构件受力问题；二是列平衡方程，求得各未知外力值

2、。CHAP.2金属的力学性能1.弹性体的变形与内力1）弹性变形与塑性变形取一等直径的橡皮杆，在杆二端沿轴线方向作用一对拉力P，杆被拉长，拉长的程度与外力P大小成正比(前提)。只要外力P不超过一极限值这一范围内，去掉外力P，杆件即恢复。这种可完全恢复的变形―弹性变形。当外力超过极限值，在外力作用下产生的变形不能恢复，也即试件产生永久变形―塑性变形。金属材料在外力作用下，均能产生一定程度的弹性变形。CHAP.2金属的力学性能2）内力金属产生弹性变形时，其内部质点间的相互位置发生改变，与此同时各质点间相互作用力发生变化。这种质点间相互作用力所发生的变化称为内力。内力是由外力所

3、引起的，其作用是力图使各质点恢复其原来位置。从平衡角度讲，内力伴随着外力增加而增加以以抵抗外力对构件的破坏。但是内力的施加有一定限度，超过此极限，构件发生破坏。本章讨论材料的机械性能，机械性能主要是在试件的拉（压）过程中体现出来的主要性能指标，也是通过试件的拉伸试件测得的，所以本章开始首先讨论拉（压）时讨论试件变形与内力，然后再介绍几种机械性能指标。CHAP.2金属的力学性能2.直杆受拉（压）时的变形与内力度量1）变形的度量取一长度l，直径d的圆截面直杆，当它受到轴向力P时l－>l1，d－>d1a.杆的绝对伸长量只反映杆件总体变形量，不能反映杆件的变形程度;b.线应变用

4、单位长度杆的伸长（缩短）值来度量杆的线变形程度前提：杆件产生均匀变形。对于非均匀变形情况，尚需了解杆件在不同点处的线应变程度，引入了一点处的线应变概念：－>称作A点处的线应变为线应变CHAP.2金属的力学性能2）内力的度量轴力假想用一个与杆轴线垂直的平面m－m将杆截成二部分，这样杆截面二边相互作用于对方的内力就“暴露”出来，二者大小相等，方向相反，S，S’代表着同一个内力，如图所示是拉伸内力；如果P是压缩力，那么S，S’方向就正好相反（<―,―>）―压缩内力。通常规定：伴随拉伸变形产生的内力取正值，其方向是离开截面向外指；伴随压缩变形产生的内力取负值，其方向是指向截面。

5、为了区分各种平面变形时产生的内力，将拉（压）变形时横截面上的内力称为轴力，用S表示。CHAP.2金属的力学性能下面讨论S大小的确定下图所示受到P,Q1,Q2,Q3作用而处于平衡的直杆，现求m-m截面上的内力。方法a.假想用一平面将杆从m-m处截开，然而取右半部分作为研究对象。b.列平衡方程：S‘=Q2+Q3（若取左侧，可得相同结果）以上这种假想用一平面，将杆截成二段，取其中一段作为研究对象建立平衡方程，以求解内力的方法，称为截面法。用截面法求解内力的依据―直杆某一截面上的轴力等于该截面一侧作用于直杆上所有外力的代数和。外力中拉力取正，压力取负。CHAP.2金属的力学性能

6、例题2－1，求图示（a），（b）1－1，2－2，3－3截面上的轴力。P=P’=100N,Q=Q’=200N.先看（a）图，1－1截面，S1-1=P－Q=100－200=－100N（压）（S1-1是压缩轴力,指向与假设相反）2－2截面，S2-2=Q=－200N（压）11再看（b）图S1-1=P’=100N(拉)（此时取左半部分作为对象方便）S2-2=P－Q=100－200=－100N(压)S3-3=P=100N(拉)（取右半部分）CHAP.2金属的力学性能轴力图―将轴力大小沿杆件长度方向表示出来的图，拉为“＋”，压为“－”(P=P’=100,Q=Q’=200)CHAP.2

7、金属的力学性能b.应力同样的外力作用在不同大小截面上，其效果肯定不同，而其轴力相等，必须分析内力沿截面如何分布的问题，并定量表示内力在该截面某一点处的密集程度，因此必须引入“应力”概念。如图所示，截面任意点K处取一微小面积,上作用有内力P称为该截面在K点处的总应力，P的方向就是的方向CHAP.2金属的力学性能1）杆件在发生拉伸变形时，其横截面原来与轴线垂直的平面，变形后仍为平面（平面假设）（其外廓线仍为圆周线）2）二个相邻横截面之间只发生沿轴线方向相对移动，而不发生相对转动如果把杆看作是由无数根纵向纤维组成的话，那么实验结果表明每一根纵向