《材料力學第二章》PPT課件.ppt

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1、Page 1 上一講回顧 構(gòu) 件 設 計 基 本 要 求 ： 材 料 力 學 任 務 ： 材 料 力 學 研 究 對 象 ： 基 本 假 設 ： 內(nèi) 力 計 算 ： 應 力 （ s, t） ， 應 變 （ e, g ） ， 胡 克 定 律 （ 剪 切 胡 克 定 律 ） 強 度 ， 剛 度 和 穩(wěn) 定 性 桿 ， 簡 單 板 殼連 續(xù) 、 均 勻 、 各 向 同 性截 面 法 （ 截 、 取 、 代 、 平 ） Page 2 第 二 章 軸 向 拉 壓 應 力 與 材 料 的 力 學 性 能 Page 3 本章主要研究： 拉壓桿的內(nèi)力、應力與強度計算 材料在拉伸與壓縮時的力學性能 拉壓桿連接部

2、分的強度計算 簡要介紹結(jié)構(gòu)可靠性設計的概念 Page 4房 屋 支 撐 結(jié) 構(gòu) 橋 梁 拉 壓 桿 工 程 實 例 Page 5連 桿曲 柄 滑 塊 結(jié) 構(gòu)飛 機 起 落 架 高 壓 電 線 塔 Page6FF FF 受 力 特 點 ? 變 形 特 點 ? FF Page7 桿 件 受 力 特 點 ： 外 力 或 其 合 力 的 作 用 線 沿 桿 件 軸 線(axis)桿 件 變 形 特 點 ：Deformation 軸 向 伸 長 或 縮 短軸 向 載 荷軸 向 拉 伸 或 壓 縮以 軸 向 拉 壓 為 主 要 變 形 的 桿 件 拉 壓 桿 (axial loaded bar)FF Pa

3、ge8 思 考 ： 下 列 桿 件 是 不 是 拉 壓 桿 ？問 題 ： 在 工 程 實 際 中 ， 如 何 選 材 以 及 如 何 設 計 拉 壓 桿 的 尺 寸 ？ Page9 FF mm NF F軸 力 的 符 號 sign規(guī) 定 ： 拉 為 正 ， 壓 為 負 Tensile-positive, compressive-negativeF FN FFN Page10 F2F FA B C2F F-A B C軸 力 圖 的 兩 要 素 ： 大 小 ， 符 號 Page11NF xF x q N1F 2FN2F FN3F F由 平 衡 方 程 ：AB段BC段CD段 設 正 法 軸 力 圖

4、： 表 示 軸 力 沿 桿 軸 變 化 的 圖 。N1 xF qx F a N2F FN3F F a a aA B C Dq F a 2Fx例 ： 畫 軸 力 圖 。解 ： Page12 求 任 一 截 面 上 的 軸 力 ， 并 畫 出 軸 力 圖 。 考 慮 自 重 ， 密 度 為 ，橫 截 面 積 為 A,長 度 為 L。 xgA FN x + gAL例 題 ： 要 點 ： 逐 段 分 析 軸 力 ； 設 正 法 求 軸 力 Page13 思 考 ： 桿 、 桿 材 料 相 同 ， 桿 截 面 面 積 大 于 桿 ，AB AB AB AB2 ，C CW W ABC ABC CW CW 1

5、 C CW W問 題 ： 在 工 程 實 際 中 ， 如 何 選 材 以 及 如 何 設 計 拉 壓 桿 的 尺 寸 ？ Page14 伽 利 略 指 出 ：1. 如 果 C的 重 量 越 來 越 大 ， 桿 件 最 后 總 會 象 繩 索 一 樣 斷 開 ；2. 同 樣 粗 細 的 麻 繩 、 木 桿 、 石 條 、 金 屬 棒 的 承 載 能 力 各 不 相 同 ； 直桿簡單拉伸實驗 3. 相 同 材 料 制 成 的 桿 件 ， 承 載 能 力 與 橫 截 面 積 成 正 比 ， 與 其 長 度 無 關 。伽利略像 Page15 觀 察 拉 壓 桿 受 力 時 的 變 形 特 點 ：假 設

6、 ： 1. 縱 線 與 橫 線 仍 為 直 線 ， 橫 線 仍 垂 直 于 縱 線 ； 觀 察 結(jié) 果 ：橫 截 面 仍 保 持 為 平 面 ， 且 仍 垂 直 于 桿 件 軸 線 ， 僅沿 桿 軸 相 對 平 移 拉 壓 平 面 假 設2. 橫 線 沿 軸 線 方 向 平 移 。3. 橫 線 間 距 增 大 Page16 平 面 假 設 正 應 變 (normal strain)沿 橫 截 面 均勻 分 布橫 截 面 上 沒 有 切 應 變 (shear strain)0 constg e 0 constt s NFAs NA Fs Page17 材 料 力 學 應 力 分 析 的 基 本

7、方 法 ：conste 內(nèi) 力 構(gòu) 成 關 系靜 力 學 方 程 變 形 關 系幾 何 方 程 應 力 應 變 關 系物 理 方 程 試 驗 觀 察提 出 假 設試 驗 驗 證 NA Fs es E Page18桿端作用集中力，橫截面應力均勻分布嗎？ F qAqqF F Page19x=h/4 x=h/2 x=h x1 2 31 2 3F h 應 力 均 勻有限元結(jié)果圣維南原理為材料力學公式的適用性提供了依據(jù) Page20 圣 維 南 原 理 指 出 ： 力 作 用 于 桿 端 的 分 布 方 式 ， 只影 響 桿 端 局 部 范 圍 的 應 力 分 布 ， 影響 區(qū) 的 軸 向 范 圍 約

8、離 桿 端 12個 桿 的橫 向 尺 寸 。圣 維 南 像 Page21 圣維南( Saint-Venant, 17971886) ，圣維南生平 Page22 F F mm no Page23 FF FF Page24 F F F FF mm p Page25 n pst0cos/cosN NF Fp A A s 200cos cossin sin22pp s s st 討 論 ： 0 o ， max 0s s45o ， 0max 2st pF n Page26 最 大 正 應 力 發(fā) 生 在 桿 件 橫 截 面 上 ， 其 值 為 s0 最 大 切 應 力 發(fā) 生 在 桿 件 45 斜 截

9、面 上 , 其 值 為 s0/2正 負 符 號 規(guī) 定 ： 以 x 軸 為 始 邊 ， 逆 時 針 轉(zhuǎn) 向 者 為 正 t ： 斜 截 面 外 法 線 On沿 順 時 針 方 向 旋 轉(zhuǎn) 90， 與 該 方 向 同 向 之 切 應 力 為 正最 大 應 力 分 析 45o ， 0max 2st 0o ， max 0s s Page27 FF 1、 變 形 后 兩 直 線 的 夾 角 是 否 改 變2、 如 果 改 變 ， 試 定 性 解 釋 為 什 么 改 變3、 如 果 改 變 ， 試 定 量 分 析 角 度 的 改 變 量 Page28 標 距 l d 標 距 l d10 5l d l d

10、 或 11.3 5.65l A l A 或1. 標 準 拉 伸 試 樣GB/T 228-2002 金 屬 材 料 室 溫 拉 伸 試 驗 方 法 一 、 拉 伸 試 驗 Page29 2 試 驗 裝 置 Page30微 控 電 子 萬 能 試 驗 機 力 伸 長 曲 線 F Page31 3 拉 伸 試 驗 與 拉 伸 圖 ( F- l曲 線 ) Page32 二 、 材 料 拉 伸 力 學 性 能 eso A D E線 彈 性 屈 服 縮 頸硬 化 四 個 階 段 ： Linear, yielding, hardening, necking低 碳 鋼 Q235 Page33 線 性 階 段低

11、 碳 鋼 Q235拉 伸 試 驗eso ABes ps 規(guī) 律 ： （ OA段 ）變 形 ： 變 形 很 小 ， 彈 性特 征 點 ： （ 比 例 極 限 ）Es e p 200MPas （ 彈 性 極 限 ）e 200MPas Page34 屈 服 階 段低 碳 鋼 Q235拉 伸 試 驗eso ABes ps BC： 水 平 線 或 鋸 齒 狀 平 臺現(xiàn) 象 ： 滑 移 線變 形 ： 應 力 幾 乎 不 變 ， 變 形 急 劇 增 大 ，含 彈 性 、 塑 性 變 形特 征 點 ： （ 屈 服 極 限 ） s 235MPas ssC 滑 移 線 Page35 硬 化 階 段低 碳 鋼 Q2

12、35拉 伸 試 驗 eso ABes ps 變 形 ： 使 材 料 繼 續(xù) 變 形 需 增 大 應 力特 征 點 ： （ 強 度 極 限 ） b 380MPas ssC bsD Page36 縮 頸 階 段低 碳 鋼 Q235拉 伸 試 驗 eso ABes ps 現(xiàn) 象 ： 縮 頸 ， 斷 裂ssC bsD E觀 察 與 思 考 ： 觀 察 低 碳 鋼 試 件 拉 伸 斷 裂 斷 口 ， 思 考 為 什 么 是 這 種 形 貌 ？斷裂 Page37 四 個 階 段 ， 三 個 特 征 點 ， 兩 個 現(xiàn) 象 ：四 個 階 段 ： 線 性 ， 屈 服 ， 硬 化 ， 縮 頸Linear, yi

13、elding, hardening, necking三 個 特 征 點 ： 比 例 極 限 ， 屈 服 極 限 ， 強 度 極 限兩 個 現(xiàn) 象 ： 滑 移 線 ， 縮 頸Slip-lines, necking應 力 應 變 曲 線 （ 低 碳 鋼 ）essp sb ss o思考：頸縮階段后，圖中應力為什么會下降？ Page38 名義應力與真實應力真實應力曲線名義應力曲線 NFAs 變 形 前 截 面 積名 義 應 力 Page39滑 移 線 縮 頸 與 斷 裂 斷 口 低碳鋼試件在拉伸過程中的力學現(xiàn)象 Page40e ssp se sb e p ee o低 碳 鋼 卸 載 與 再 加 載 時

14、 的 力 學 性 能 材 料 在 卸 載 與 再 加 載 時 的 力 學 行 為彈 性 極 限 (elastic limit)彈 性 應 變 (elastic strain)塑 性 應 變 (殘 余 應 變 )(plastic strain)冷 作 硬 化 ： 預 加 塑 性 變 形 使 材 料 的 比 例 極 限 或 彈 性 極 限 提高 的 現(xiàn) 象 。 Page41 材料的塑性 000 100 ll 延 伸 率 ： l 試 驗 段 原 長 （ 標 距 ）l0 試 驗 段 殘 余 變 形塑 性 ： 材 料 經(jīng) 受 較 大 塑 性 變 形 而 不 破 壞 的 能 力 ,亦 稱 延 性 。 Pa

15、ge42 斷 面 收縮 率 ： 1 00100A AA A 試 驗 段 橫 截 面 原 面 積A1 斷 口 的 橫 截 面 面 積 塑 性 與 脆 性 材 料 塑 性 材 料 ： 5 % 例 如 結(jié) 構(gòu) 鋼 與 硬 鋁 等 脆 性 材 料 ： 5 % 例 如 灰 口 鑄 鐵 與 陶 瓷 等 Page43 例 ： 試 在 圖 上 標 出 D點 的 及 材 料 的 延 伸 率e pe e、 eso A BD H eso D H ee pe Page44 一 、 一 般 金 屬 材 料 的 拉 伸 力 學 性 能 不 同 材 料 的 拉 伸 應 力 應 變 曲 線 eso 硬 鋁50鋼30鉻 錳 硅

16、 鋼 s p0.2 名 義 屈 服 極 限 es 0.2%Aosp0.2有些材料不存在明顯屈服階段 Page45 脆 性 材 料 （ 灰 口 鑄 鐵 拉 伸 ） bss e 斷 口 與 軸 線 垂 直 Page46復 合 材 料 高 分 子 材 料 二 、 復 合 材 料 與 高 分 子 材 料 拉 伸 力 學 性 能 Page47 三 、 材 料 在 壓 縮 時 的 力 學 性 能 低 碳 鋼 ct EE csts ss 愈 壓 愈 扁sss e（ 拉 伸 ）（ 壓 縮 ） pso Page48 灰 口 鑄 鐵 壓 縮 斷 口 與 軸 線 約 成 45 obs bss e 脆 性 材 料 壓

17、 縮 強度 極 限 遠 高 于 拉 伸 強度 極 限 Page49 四 、 溫 度 對 力 學 性 能 的 影 響鋼的強度、彈性常數(shù)隨溫度變化的關系 Page50據(jù) 分 析 ， 由 于 大 量 飛 機 燃 油 燃 燒 ， 溫 度 高 達 1200 C， 組成 大 樓 結(jié) 構(gòu) 的 鋼 材 強 度 急 劇 降 低 ， 致 使 大 廈 鉛 垂 塌 毀 世 貿(mào) 中 心 塌 毀大 廈 受 撞 擊 后 ， 為 什 麼 沿 鉛 垂 方 向 塌 毀 ？ Page51 ( )剛 度 最 大 ； ( )強 度 最 高 ； ( )塑 性 最 好 。eso ABC例 ： 下 圖 為 A、 B、 C三 種 材 料 的 應 力 應 變 曲 線 Page52 分 析 了 拉 壓 桿 橫 截 面 和 斜 截 面 上 的 應 力 通 過 分 析 過 程 ， 掌 握 材 料 力 學 中 應 力 分 析 的 基 本 方 法 了 解 了 應 力 分 析 中 的 局 部 效 應 原 理 了 解 了 材 料 的 力 學 性 能 的 相 關 概 念 Page53 作 業(yè) ： 2-1(c d) 畫 出 軸 力 圖 ， 2-2，2-4， 2-5