机械基础 教学课件 作者 韩朝晖 楼刚民 模块三 材料力学.ppt

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1、模块三材料力学课题一拉伸与压缩3.1课题二剪切和挤压3.2课题三圆轴扭转3.3课题四直梁的弯曲3.4模块三材料力学1.杆件的基本变形形式工程中折大多数构件，如轴、丝杆、螺栓等都是轴向尺寸远大于横向尺寸的构件，材料力学中把这类构件称为杆，轴线是曲线的杆，称为曲标。轴线是直线的杆，则称为直杆，材料力学研究的主要对象是直杆。任务一构件的承载能力课题一拉伸与压缩3.1模块三材料力学2.承载能力指标为了保证机械或结构在载荷作用下能正常工作，必须要求每个构件都具有足够的承受载荷的能力，简称承载能力，其承载能力可主要从以下三个方面衡量。（1）足够的强度：把构件抵抗破坏的能力称为强度。（2）足够的

2、刚度：把构件抵抗变形的能力称为刚度。（3）足够的稳定性：杆件受压时能够保持其原有直线平衡状态的能力称为压杆稳定性。综上所述，为了保证构件能安全、正常地工作，构件必须具有足够的承载能力，即具有足够的强度、刚度和稳定性。模块三材料力学1.内力和截面法（1）内力的概念：内力：杆件在外力作用下产生变形，其内部的一部分对另一部分的作用称为内力。轴力：拉压杆上的内力又称轴力。（2）截面法求内力：截面法：将受外力作用的杆件假想地切开来用以显示内力，并以平衡条件来确定其合力的方法，称为截面法。具体方法如右图所示：①截开沿欲求内力的截面，假想把杆件分成两部分。②代替取其中一部分为研究对象，画出其受力

3、图。③代替在截面上用内力代替移去部分对留下部分的作用。④平衡列出平衡方程，确定未知的内力的大小和方向。FX=0，得N-F=0故N=F任务二拉伸和压缩2.拉伸和压缩的概念拉伸压缩拉伸和压缩受力特点是：作用在杆端的两外力（或外力的合力）大小相等，方向相反，作用线与杆的轴线重合。变形特点：杆件沿轴线方向伸长或缩短。模块三材料力学模块三材料力学3.拉伸（压缩）时材料的力学性质图1.低碳钢拉伸变形σ—ε曲线图2.灰铸铁拉伸变形σ—ε曲线(1)碳钢拉伸时的力学性质低碳钢拉伸变形过程如图1所示低碳钢拉伸变形过程如图1.所示可分为四个阶段：①弹性阶段②屈服阶段③强化阶段④颈缩阶段(2)铸铁拉伸时

4、的力学性质如图2所示模块三材料力学(3)材料压缩时的力学性质低碳钢压缩时的σ—ε曲线铸铁压缩时的σ—ε曲线从图中可以看出，低碳钢压缩时的弹性模量与拉伸时相同，但由于塑性材料，所以试件愈压愈扁，可以产生很大的塑性变形而不破坏，因而没有抗压强度极限。从图中可以看出，铸铁在压缩时其线性阶段不明显，强度极限σb比拉伸时高2~4倍，破坏突然发生，断口与轴线大致成45°~55°的倾角。由于脆性材料抗压强度高，宜用于制作承压构件。模块三材料力学4.许用应力和安全系数许用应力：在强度计算中，把材料的极限应力除以一个大于1的系数n（称为安全系数），作为构件工作时所允许的最大应力，称为材料的许用应力。

5、用表示。s=s/nb=b/n式中，n为安全系数。它反映了构件必要的强度储备。在工程实际中，静载时塑性材料一般取n=1.2~2.5；对脆性材料一般取n=2~3.5。安全系数也反映了经济与安全之间的矛盾关系。取值过大，许用应力过低，造成材料浪费。反之，取值过小，安全得不到保证。塑性材料一般取屈服点σs作为极限应力；脆性材料取强度极限σb作为极限应力。模块三材料力学5.拉伸和压缩时的强度校核N/A利用强度条件可解决工程中的三类强度计算问题：1.强度校核N/A2.选择截面尺寸AN/3.确定许可载荷N/A【例2.3】如右图所示为铸

6、造车间吊运铁水包的双套吊钩。吊钩杆部横截面为矩形。b=25mm，h=50mm。杆部材料的许用应力=50MPa。铁水包自重8kN，最多能容30kN重的铁水。试校核吊杆的强度。模块三材料力学1.剪切(1)剪切的概念:①剪切变形的受力特点是：作用于构件两侧面上外力的合力大小相等，方向相反，且作用线相距很近。②剪切变形的特征是：构件的两个力作用线之间的部分相对错动。③剪切面：在承受剪切的构件中，发生相对错动的截面，称为剪切面。课题二剪切和挤压3.2任务一剪切与挤压基本概念(2)剪力和剪切应力:剪力：在剪切面m-n上,必存在一个大小相等而方向与F相反的内力Q,称为剪力。=FQ/A式中

7、：——剪切应力，单位MPa；FQ——剪切面上的剪力，单位N；A——剪切面积，单位mm2。模块三材料力学(3)剪切强度:为了保证受剪构件在工作时安全可靠,必须使构件的工作剪应力不超过许用剪应力,即=FQ/A≤[}式中[}表示材料的许用剪应力，其大小可以从相关设计手册中查得。模块三材料力学2.挤压（1）挤压的概念：①挤压:机械中受剪切作用的联接件，在传力的接触面上，由于局部承受较大的压力，而出现塑性变形，这种现象称为挤压。如图下a所示②挤压面:构件上产生挤压变形的