材料力学基础ppt课件.ppt

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1、第2章材料力学基础材料力学的基本概念2.1轴向拉伸和压缩2.2剪切与挤压2.3圆轴扭转2.4工程中有各种各样的结构或机械，不管其结构多么复杂，它们都是由一个个构件组合而成的。任何构件在外力作用下，它的几何形状和尺寸大小都会发生一定程度的改变，如各种机床的刀具、车床的主轴（见图2.1）等，它们在外力增加到一定程度时会发生破坏。构件的过大变形和破坏，都会影响工程结构的正常工作。为了保证工程结构在载荷作用下正常工作，要求每个构件具有足够的承载能力，承载能力的大小主要由强度、刚度、稳定性3个方面来衡量。图2.1车床的主轴2

2、.1材料力学的基本概念2.1.1构件的承载能力机械和工程结构都是由许多构件组合而成的，任何一个构件都是用某种材料制成的。承载能力主要由以下3个方面的指标来衡量，如表2.1所示。名称含义指标要求实例强度构件抵抗破坏的能力构件承载后不发生破坏时构件应具有的足够强度起重用的钢丝绳在起吊额定重量的重物时不能断裂；车床主轴在正常工作时不能折断等刚度构件抵抗变形的能力构件承载后不发生过大变形时构件应具有的足够的刚度如车床主轴在保证足够强度的同时，还需要有足够的刚度，否则过大的变形，会影响工件的加工精度表2.1构件安全性指标稳定

3、性杆件维持其原有平衡形式的能力构件应具有足够的稳定性，以保证在规定的使用条件下不丧失稳定性而破坏螺旋千斤顶中的螺杆和内燃机中配气机构的挺杆当压力增大到一定程度时，杆件就会突然变弯，失去原来的直线平衡形式2.1.2材料力学的任务在设计一个构件时，除了保证构件安全工作外，同时还要考虑经济方面的要求。2.1.3杆件变形的基本形式工程中大多数构件，如轴、丝杠和螺栓等都是纵向尺寸（长度）远大于横向尺寸的材料，在材料力学上将这类构件称为杆。如果杆的轴线为曲线称为曲杆，如果杆的轴线为直线，称为直杆。若直杆各横截面都相等，这种杆件

4、称为等横截面直杆。它是材料力学研究的基本对象。杆件在不同的受力情况下，会产生各种不同的变形。基本变形形式有4种，如表2.2所示。对于工程中比较复杂的杆件变形，也只是这几种基本变形形式的组合。续表2.2轴向拉伸和压缩2.2.1轴向拉伸和压缩时的内力1．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。拉压杆上的内力又称为轴力。这种内力将随外力增大而增大，当外力增大到一定限度时，杆件就会发生破坏。2．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。图2.

5、2受拉杆件受力分析综上所述，求杆件内力的方法—截面法可概述如下。（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，画出其受力图。在截面上用内力代替移去部分对留下部分的作用。（3）平衡列出平衡方程，确定未知的内力。注意轴力符号的规定为拉伸时N为正（N的指向背离截面）；压缩时N为负（N的指向朝向截面）。2.2.2拉伸和压缩时横截面上的应力1．应力有两根杆件材料相同，一根较细，一根较粗。在相同外力作用下，较细那根构件容易破坏。因此，需综合内力和横截面面积两个因素才能正确反映杆件的强度。工

6、程上常用应力来衡量构件受力的强弱程度。应力是指构件在外力作用下，单位面积上的内力。2．正应力垂直于横截面上的应力，称为正应力，用表示，即=N/A式中—横截面上的正应力，单位为MPa；N—横截面上的内力（轴力），单位为N；A—横截面的面积，单位为mm2。2.2.3拉伸（压缩）时横截面上的应变1．绝对变形和相对变形现在我们研究图2.5所示的轴向尺寸的变化。图2.5杆件受拉和受压绝对变形与杆的原长有关，为了消除杆件原长度的影响，采用单位原长度的变形量来度量杆件的变化程度，称为相对变形，又称为应变。用ε表示，则对于拉

7、杆，为正值；对于压杆，为负值。是无单位的，通常用百分比表示。2．胡克定律杆件拉伸或压缩时，其变形和应力间存在着一定的关系。实验表明，当杆件横截面上的正应力不超过某一限度时，杆的正应力与轴向线应变成正比，这一关系称为胡克定律，即材料名称碳钢合金钢灰铸铁铜及其合金钢铝合金橡胶E值196～216186～20678.5～15773～128703表2.3常用材料的E值2.2.4拉伸（压缩）时的应力—应变曲线1．低碳钢拉伸时的应力—应变曲线试件在受到缓慢施加的拉力作用下，试件逐渐被拉长（伸长量用L来表示），直到试件断裂

8、为止。这样得到F与L的关系曲线，称为拉伸图或F—L曲线，如图2.6所示。图2.6低碳钢拉伸图图2.7低碳钢拉伸变形—曲线①弹性阶段②屈服阶段③强化阶段④颈缩阶段2．铸铁拉伸时的应力—应变曲线从灰口铸铁拉伸时的—图可以看出是一段微弯的曲线，如图2.8所示。无明显直线部分，表明应力与应变的关系不符合胡克定律，但在应力较小时，可近似以直线代替曲线。也就