产品中主要构件的受力分析课件.ppt

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1、第五节产品中主要构件的受力分析一、材料的性能表述材料的性能通常有强度和刚度两个方面。强度描述的是构件在外力作用下抵抗破坏的能力。而刚度描述的是构件在外力作用下抵抗变形的能力。产品的某个构件被破坏则引起产品的破坏。功用的失效；某构件刚度太低会引起变形，两样影响功用甚至造成产品根本无法正常使用。强度和刚度的性能和材料自身性能有关系，比如几何尺寸相同的钢材和木材，钢材的强度和刚度大于木材;又比如玻璃材料，其抗压强度表现较好，而弯曲强度则表现很差。根据大量的实验，把材料按照力学性能分成了两大类别，即塑性材料和脆性材料。塑性材料在拉伸和压缩时的弹性极限、屈服极限基本相同，对受压和受拉构件都

2、适用。脆性材料的压缩强度极限远比拉伸时大，因此，脆性材料适用于受压构件。此外，塑性材料在破坏前能发生很大的塑性变形，便于加工，而且抗冲击的能力比较好，受应力集中的影响较小。脆性材料难以加工，矫正构件安装位置时容易产生裂纹，抗冲击的能力差，受应力集中的影响较大。铸造性可锻性可焊性切削加工性热处理性工程材料的性能使用性能*力学性能（机械性能）物理性能化学性能工艺性能使用过程中表现出来的性能各种加工过程中表现出来的性能机械性能（力学性能）：在外力作用时表现出的性能。包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。外力去除后能够恢复的

3、变形称为弹性变形。外力切除后不能恢复的变形称为塑性变形。1.静载时的机械性能静载：对试样进行缓慢加载(1）弹性和刚度弹性：材料弹性变形的能力。指标为弹性极限e，即材料承受最大弹性变形时的应力。刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。比例极限σp：应力和应变保持直线关系的最大应力值。(2)强度强度：材料抵抗塑性变形或断裂的能力。屈服强度（屈服极限）s：材料开始发生明显塑性变形的应力值。抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。s(3)塑性断裂前材料产生塑性变形的能力。伸长率（延伸率）：断裂后拉伸试样的颈缩现象布氏硬度计(4)硬度材料抵抗表面局部塑性变形的能力。1）冲击韧性是指材料

4、在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力（简称为韧性）。冲击韧性ak：(通过冲击实验测得)。2.动载时的机械性能TITANIC建造中的Titanic号TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关2）疲劳材料在低于s的重复交变应力作用下长时间工作发生突然断裂的现象。疲劳极限：材料经无限应力循环次数而不发生疲劳断裂的最高应力值，用-1表示。条件疲劳极限：材料在规定应力循环次数后仍不发生断裂时的最大应力值。用-1（N）表示。钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。二、材料的受力（一）轴向拉伸与压缩概念与实例161.轴向拉压的工程实例工程桁架17活塞杆FF厂房的立柱182.轴向拉压的

5、概念：（2）变形特点：杆沿轴线方向伸长或缩短。（1）受力特点：FN1FN1FN2FN2外力合力作用线与杆轴线重合。以轴向拉压为主要变形的杆件，称为拉压杆或轴向承载杆。ABCF193.轴向拉压杆横截面的内力、应力及强度条件（1）内力1）轴向拉压杆横截面的内力——轴力（用FN表示）FNF20例：已知外力F，求：1－1截面的内力FN。解：FF1—1∑X=0,FN-F=0,FFN（截面法确定）①截开。②代替，FN代替。③平衡，FN=F。FNF以1－1截面的右段为研究对象：内力FN沿轴线方向，所以称为轴力。212）轴力的符号规定：压缩—压力，其轴力为负值。方向指向所在截面。拉伸—拉力，其轴

6、力为正值。方向背离所在截面。FNFFFN（＋）FNFFFN（－）3）轴力图：+FNx①直观反映轴力与截面位置变化关系；②确定出最大轴力的数值及其所在位置，即确定危险截面位置，为强度计算提供依据。4）轴力图的意义轴力沿轴线变化的图形FF例图示杆的A、B、C、D点分别作用着大小为FA=5F、FB=8F、FC=4F、FD=F的力，方向如图，试求各段内力并画出杆的轴力图。FN1ABCDFAFBFCFDO解：求OA段内力FN1：设截面如图ABCDFAFBFCFDFN2FN3DFDFN4ABCDFAFBFCFDO求CD段内力：求BC段内力：求AB段内力：FN3=5F，FN4=FFN2=–3F

7、，BCDFBFCFDCDFCFDFN2=–3F，FN3=5F，FN4=F轴力图如下图示FNx2F3F5FFABCDFAFBFCFDOFN3=5F，FN4=FFN2=–3F，26例等直杆BC,横截面面积为A,材料密度为r,画杆的轴力图，求最大轴力解：1.轴力计算2.轴力图与最大轴力轴力图为直线27推导思路：实验→变形规律→应力的分布规律→应力的计算公式4.轴向拉压杆横截面的应力1）实验：变形前受力后FF2）变形规律：横向线——仍为平行的直线，且间距增大。纵向线——仍为平行的直线，且