化工设备机械基础CAI课件.ppt

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1、化工设备机械基础第二章金属材料的机械性能机械工程系过程装备与控制工程教研室§2-1弹性体的变形与内力材料的机械性能(或力学性能)—材料在外力作用下表现出来的性能。如：弹性、强度、韧性、硬度和塑性等。弹性变形—卸载后可完全恢复（消失）的变形。随外力而增加。一切金属在外力（不超过一定限度）作用下都能产生一定的弹性变形。塑性（残余）变形—卸载后不能消失的变形。内力—物体因受外力而变形（弹性），其内部各质点（原子）之间因相对位置改变而引起的相互作用力内力由外力所引起，随外力引起的弹性变形而增大，达到一定程度就会引起构件破坏，因此分析内力是解决强、刚度问题的基础。材料的机械

2、性能多由拉压试验获得，所以本章首先讨论拉压变形及其内力。直杆—轴线（截面形心连线）为直线的杆件。轴向拉压的受力特点—外力作用线与杆轴重合；变形特点—沿轴向伸长或缩短。承受拉（压）的杆件称为拉（压）杆。拉（压）杆实例：连杆、活塞杆、压力容器联结法兰的螺栓等。§2-2直杆在轴向拉伸和压缩时的变形和内力一、线应变纵向变形量：（原长）拉：；压：（纵向）线应变：拉：ε＞0；压：ε＜0§2-2直杆在轴向拉伸和压缩时的变形和内力二、轴力截面法求内力：（1）假想截开在需求内力截面处将构件假想截开，以任一部分为研究对象，舍弃另一部分。（2）画受力图包括舍弃部分对研究对象的内力（3）

3、列平衡方程求未知内力由∑X=0得S-P=0→S=PS—截面m—m上分布内力的合力，轴向拉压时S沿轴向，故称轴力。轴力S的符号规定：拉杆轴力为拉力，为正值：S＞0（离开截面）；压杆轴力为压力，为负值：S＜0（指向截面）对多力杆，各截面轴力将各不相同，可用轴力图表示。轴力图—表示轴力沿截面位置（杆长）变化的图。例画图示杆件轴力图。设解：a）AB段轴力：∑X=0→-S1-Q+P=0→S1=P-Q=100-200=-100NBC段轴力：∑X=0→→-S2-Q=0→S2=-Q=-200N轴力图如右。b）AB段：BC段：CD段：（拉）（拉）（压）●结论：任一截面上的轴力，等于

4、该截面一侧所有轴向外力的代数和，其中背离该截面的外力为正，反之为负。三、应力构件的强度不仅与内力的大小有关，且与截面的大小有关，即构件的强度取决于内力集度—单位面积上内力的大小，称之为应力。内力在截面上未必均布，也未必与截面垂直。在k点取一微小面积，上作用有内力，则——上的平均应力。——k点的应力。σ—正应力或法向应力。P之法向分量，与截面垂直。τ—剪应力或切向应力。P之切向分量，与截面相切。应力的单位：Pa（N/m2）、Mpa（兆帕）、kMPa（千兆帕）四、简单拉伸和压缩时横截面上的应力拉压变形满足平面假设：变形前的横截面变形后仍然保持为平面。变形后的横向线、仍

5、然为直线，且垂直于杆轴。根据平面假设可以断定拉杆所有纵向纤维的伸长量均相等。由于材料是均匀的，各纵向纤维性质相同，其所受力也一样，所以横截面上内力均布，各点应力均相等：σ=S/A拉应力为正，压应力为负。（A为横截面积）例：受力情况如图，截面积A=5cm2。求：1、画轴力图；2、求最大正应力σmax。解：1、画轴力图AB段：BC段：CD段：2、求最大正应力五、拉压杆斜截面上的应力α—斜截面mk的外法线与杆轴x间夹角。逆时针为正。由于各纵向纤维伸长量相等，所以斜截面应力为均布。由可得A—横截面积；F—杆所受拉力。—横截面上应力—恒＞0—斜截面上的正应力——最大正应力发

6、生在横截面上。—斜截面上的剪应力。五、拉压杆斜截面上的应力两平行截面mk和切下的薄片的受力情况如图：规定：作用在一个薄片两个截面上的剪应力组成的力偶如果是顺时针的，则剪应力τ为正值，反之为负值。（）剪应力互等定理剪应力互等定理：在（过某一点）相互垂直的两个截面上，剪应力必然成对存在且数值相等，方向则共同指向或背离两平面的交线。在k处取一单元体，其受力情况如下：PP§2-3材料的机械性能一、低碳钢（含C＜0.25%）1、性能试验与分析静拉伸试验中将材料制成圆（或矩）形截面试件：两端粗—便于装夹、防止在装夹部分破坏。试验段—中间较细等截面部分。其长度称为标距。GB22

7、8：《金属拉力试验法》规定：圆截面试件：=10d或5d，规定d=10mm；矩形截面试件：=11.3或5.65将试件装到试验机上，开动机器，使之受到从零开始逐渐增加的拉力P，自动绘图仪便绘出P—曲线：拉伸曲线或拉伸图。§2-3材料的机械性能为消除试件尺寸影响，反映材料本身的性质，可取P—拉力；—试件原始横截面积。正应力：线应变：—纵向变形量；—标距原长。绘成曲线。曲线大致分为四个阶段：§2-3材料的机械性能（1）弹性阶段:ob段变形为弹性—卸载后完全消失。—弹性极限。弹性阶段所能承受的最大应力。Q235A（A3）钢oa段为斜直线—比例阶段。在此阶段应力与应变成正比：

8、—直线oa