引论材料力学课件

引论材料力学课件目录CONTENTS材料力学基本概念与分类应力与应变基础拉伸与压缩变形分析剪切与挤压变形分析弯曲变形与强度计算扭转变形与强度计算01CHAPTER材料力学基本概念与分类材料力学是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度和稳定性等方面问题的学科。主要研究固体材料，特别是金属材料的力学行为。材料力学定义及研究对象研究对象定义

材料力学性质与分类弹性与塑性材料在受力后能够恢复原状的称为弹性材料，不能恢复的称为塑性材料。脆性与韧性材料在受力时无明显塑性变形而突然断裂的称为脆性材料，而能够吸收大量能量而不易断裂的称为韧性材料。强度与刚度强度指材料抵抗破坏的能力，刚度指材料抵抗变形的能力。具有良好的塑性和韧性，强度高且易于加工。金属材料非金属材料复合材料如塑料、橡胶、陶瓷等，具有不同的力学特点，如耐磨、耐腐蚀等。由两种或两种以上不同性质的材料组成，具有优异的综合性能。030201工程中常见材料及其力学特点保证结构安全通过材料力学的研究和分析，可以确保工程结构在承受外力时不会发生破坏或失稳。优化设计方案根据材料的力学特性，可以对工程结构进行优化设计，提高结构的性能和经济性。促进新材料发展材料力学的研究不仅限于现有材料，还可以为新材料的研发提供理论指导和实验依据。材料力学在工程设计中的重要性02CHAPTER应力与应变基础应力定义物体内部单位面积上所承受的力，表示物体内部某点的力学状态。应力分类根据受力方向和截面方向的关系，可分为正应力、剪应力等。应力计算方法通过截面法、平衡条件、本构关系等计算物体内部的应力分布。应力概念及计算方法物体在受到外力作用时，其形状和尺寸发生变化的程度。应变定义根据变形的性质，可分为线应变、角应变、剪切应变等。应变分类通过电阻应变片、光学应变测量等方法测量物体表面的应变分布。应变测量方法应变概念及测量方法弹性模量描述材料在弹性阶段应力与应变关系的比例常数，表征材料的刚度。泊松比材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，反映材料的横向变形特性。其他参数如剪切模量、体积模量等，也用于描述材料的力学性质。弹性模量、泊松比等参数介绍03危害及预防措施应力集中会降低材料的承载能力，导致疲劳破坏等，可通过优化结构设计、降低应力集中系数等措施来预防。01应力集中现象因截面尺寸改变、缺口、裂纹等因素导致局部应力显著增大的现象。02影响因素截面尺寸变化程度、缺口形状和大小、加载方式等都会影响应力集中的程度。应力集中现象及影响因素03CHAPTER拉伸与压缩变形分析试验方法拉伸试验和压缩试验是测定材料在静载荷作用下力学性能的基本试验方法，包括试样制备、试验机选择、加载速度控制、数据采集与处理等环节。试验原理拉伸与压缩试验基于胡克定律，即在弹性变形范围内，应力与应变成正比。通过测量试样在拉伸或压缩过程中的载荷和变形量，可以计算出材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度等力学性能指标。拉伸与压缩试验方法及原理弹性阶段在拉伸或压缩初期，材料发生弹性变形，应力与应变成线性关系，卸载后变形可完全恢复。屈服阶段当应力达到一定值时，材料开始发生塑性变形，应力不再增加而应变继续增大，此阶段称为屈服阶段。对于没有明显屈服点的材料，通常规定产生0.2%残余变形的应力值为其屈服强度。强化阶段经过屈服阶段后，材料继续发生塑性变形且应力重新增加，直至达到最大应力值。此阶段称为强化阶段，材料的强度和硬度均有所提高。颈缩与断裂阶段在拉伸试验的后期，试样局部截面急剧缩小，出现颈缩现象。随着颈缩的不断发展，试样最终断裂。在压缩试验中，试样则可能因失稳而发生突然坍塌或鼓胀现象。01020304拉伸与压缩过程中材料性能变化变形量测量拉伸与压缩试验中，变形量通常通过引伸计或位移传感器进行测量。引伸计可直接测量试样标距内的变形量，而位移传感器则测量试验机横梁的位移量。应变计算应变是描述材料变形的物理量，等于单位长度上的变形量。在拉伸与压缩试验中，应变可通过测量试样变形前后的长度差并除以原始长度来计算。应力计算应力是描述材料内部受力状态的物理量，等于单位面积上的载荷。在拉伸与压缩试验中，应力可通过测量试样所承受的载荷并除以试样原始截面积来计算。拉伸与压缩变形计算方法拉伸与压缩试验中常见的失效形式包括韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂以及过度变形等。韧性断裂通常发生在材料经过大量塑性变形后，断口呈纤维状；脆性断裂则发生在材料几乎没有塑性变形的情况下，断口平齐且呈结晶状；疲劳断裂则是由于材料在交变应力作用下经过一定循环次数后发生的断裂；过度变形则是指材料在载荷作用下产生的变形量超过了允许范围。失效形式为了预防拉伸与压缩失效的发生，可以采取以下措施：合理设计试样形状和尺寸以减小应力集中；选择适当的加载速度以避免产生过大的应力和应变；对材料进行热处理以改善其力学性能和内部结构；在试验过程中严格控制试验条件以保证数据的准确性和可靠性。预防措施拉伸与压缩失效形式及预防措施04CHAPTER剪切与挤压变形分析剪切与挤压试验方法及原理试验方法包括双剪试验、单剪试验、冲孔试验等，用于模拟实际工况下材料的剪切与挤压过程。试验原理基于材料力学原理，通过施加剪切或挤压载荷，使试样产生相应的变形，进而分析其力学性能和变形行为。在剪切与挤压初期，材料发生弹性变形，应力与应变呈线性关系，卸载后变形可恢复。弹性阶段随着载荷的增加，材料进入塑性变形阶段，应力与应变呈非线性关系，卸载后变形不可完全恢复。塑性阶段当载荷达到一定程度时，材料发生断裂，剪切面或挤压面出现明显的破坏形貌。断裂阶段剪切与挤压过程中材料性能变化数值法利用有限元、有限差分等数值计算方法，模拟材料的剪切与挤压过程，得到变形场、应力场和应变场等结果。试验法通过实际试验测量剪切与挤压过程中的变形量、应力和应变等参数，为理论分析和数值计算提供验证和依据。解析法基于材料力学理论，通过建立数学模型和方程，求解剪切与挤压过程中的应力、应变和变形量。剪切与挤压变形计算方法失效形式包括剪切断裂、挤压破裂、表面压溃等，表现为材料的承载能力下降或完全丧失。预防措施合理设计结构形状和尺寸，避免应力集中；选择适当的材料和热处理工艺，提高材料的力学性能和抗剪切、抗挤压能力；控制加载速度和温度等工艺参数，避免过快或过慢的加载速度导致材料失效。剪切与挤压失效形式及预防措施05CHAPTER弯曲变形与强度计算将试样放在两支点上，在试样中点施加集中载荷，测量试样挠度和破坏载荷。三点弯曲试验试样放在两支点上，两支点间等距离施加两个集中载荷，减少试样剪切力的影响。四点弯曲试验通过弯曲试验测定材料的弯曲性能，包括弹性模量、弯曲强度、弯曲韧性等指标。原理弯曲试验方法及原理弹性阶段屈服阶段强化阶段断裂阶段弯曲过程中材料性能变化材料在弯曲初期发生弹性变形，卸载后能够完全恢复。经过屈服阶段后，材料强度继续提高，但塑性变形不断增加。随着弯曲程度的增加，材料达到屈服点，开始发生塑性变形。当弯曲应力达到材料的断裂强度时，材料发生断裂。转角计算通过测量试样两端的相对转角，计算试样在弯曲过程中的转角。应变计算根据应变片测量原理，测量试样表面的应变分布，计算弯曲应变。挠度计算根据材料力学原理，推导挠度计算公式，计算试样在弯曲过程中的挠度。弯曲变形计算方法弯曲强度评估根据弯曲试验结果，评估材料的弯曲强度是否满足设计要求。优化材料选择选择高强度、高韧性的材料，提高材料的弯曲性能。优化结构设计通过改进结构形式、减小应力集中等措施，提高结构的弯曲承载能力。表面强化处理采用表面淬火、渗碳等强化处理方法，提高材料表面的硬度和耐磨性。弯曲强度评估及优化措施06CHAPTER扭转变形与强度计算包括静态扭转试验和动态扭转试验，用于测定材料在扭转作用下的力学性能。扭转试验方法通过对试样施加扭矩，使其产生扭转变形，进而测量扭矩、扭转角等参数，计算材料的扭转刚度、强度等指标。扭转试验原理扭转试验方法及原理屈服阶段随着扭矩的增加，材料达到屈服点，开始产生塑性变形，扭转变形不再与扭矩成正比。断裂阶段当扭矩继续增加至某一极限值时，材料发生断裂。强化阶段经过屈服阶段后，材料进入强化阶段，其抵抗扭转变形的能力有所提高，但变形仍不可恢复。弹性阶段在扭转初期，材料处于弹性阶段，扭转变形与扭矩成正比，卸载后变形可恢复。扭转过程中材料性能变化角度计算法通过测量试样两端的相对扭转角，结合试样长度和截面尺寸等参数，可以计算得到扭转变形。有限元分析法利用有限元软件对试样进行建模和分析，可以得到扭转变形的分布和大小。剪切应变计算通过测量试样表面的剪切应变，可以计算得到扭转变形的大小。扭转变形计算方法通过