材料力学教学课件PPT轴向拉压应力与材料的力学性能教学PPT.ppt

Page,1,上一讲回顾,构件设计基本要求：,材料力学任务：,材料力学研究对象：,基本假设：,内力计算：,应力（s,t），应变（e,g），胡克定律（剪切胡克定律）,强度，刚度和稳定性,杆，简单板壳,连续、均匀、各向同性,截面法（截、取、代、平）,Page,2,第二章轴向拉压应力与材料的力学性能,2-1引言,2-2拉压杆的应力与圣维南原理,2-3材料拉伸时的力学性能,2-4材料拉压力学性能的进一步研究,2-5应力集中概念,2-6许用应力与强度条件,2-7连接部分的强度计算,2-9结构可靠性设计简介,2-2轴力与轴力图,Page,3,本章主要研究：,拉压杆的内力、应力与强度计算材料在拉伸与压缩时的力学性能拉压杆连接部分的强度计算简要介绍结构可靠性设计的概念,Page,4,房屋支撑结构,桥梁,2-1引言,Page,5,飞机起落架,高压电线塔,Page6,受力特点?,变形特点?,Page7,杆件受力特点：,外力或其合力的作用线沿杆件轴线(axis),杆件变形特点：Deformation,轴向伸长或缩短,轴向载荷,轴向拉伸或压缩,以轴向拉压为主要变形的杆件拉压杆(axialloadedbar),Page8,思考：下列杆件是不是拉压杆？,F,F,q,q,问题：在工程实际中，如何选材以及如何设计拉压杆的尺寸？,Page9,2-2轴力与轴力图,拉压杆横截面上内力(轴力)分析：,轴力的符号sign规定：,拉为正，压为负Tensile-positive,compressive-negative,Page10,轴力图,轴力图的两要素：大小，符号,Page11,由平衡方程：,AB段,BC段,CD段,设正法,轴力图：表示轴力沿杆轴变化的图。,例：画轴力图。,解：,Page12,求任一截面上的轴力，并画出轴力图。考虑自重，密度为，横截面积为A,长度为L。,gA,例题：,要点：逐段分析轴力；设正法求轴力,Page,13,思考：杆、杆材料相同，杆截面面积大于杆，,3.什么量适合量度安全程度？,横截面应力？,1.若，哪根杆危险？,问题：在工程实际中，如何选材以及如何设计拉压杆的尺寸？,Page14,回顾历史：,伽利略指出：,1.如果C的重量越来越大，杆件最后总会象绳索一样断开；,2.同样粗细的麻绳、木杆、石条、金属棒的承载能力各不相同；,直杆简单拉伸实验,3.相同材料制成的杆件，承载能力与横截面积成正比，与其长度无关。,伽利略像,2-3拉压杆的应力与圣维南原理,Page15,观察拉压杆受力时的变形特点：,假设：,1.纵线与横线仍为直线，横线仍垂直于纵线；,观察结果：,横截面仍保持为平面，且仍垂直于杆件轴线，仅沿杆轴相对平移拉压平面假设,2.横线沿轴线方向平移。,3.横线间距增大,Page16,平面假设,Page17,材料力学应力分析的基本方法：,内力构成关系,静力学方程,变形关系,几何方程,应力应变关系,物理方程,试验观察,试验验证,Page,18,杆端作用均布力，横截面应力均匀分布。问题：杆端作用集中力，横截面应力均匀分布吗？,局部效应原理（圣维南原理）,Page,19,圣维南原理：,力作用于杆端的分布方式，只影响杆端局部范围的应力分布，影响区的轴向范围约离杆端12个杆的横向尺寸。,有限元结果,圣维南原理为材料力学公式的适用性提供了依据,Page20,局部效应原理（圣维南原理）：,圣维南原理指出：力作用于杆端的分布方式，只影响杆端局部范围的应力分布，影响区的轴向范围约离杆端12个杆的横向尺寸。,圣维南像,Page,21,圣维南(Saint-Venant,17971886)，,圣维南生平,1813年进巴黎综合工科学校求学，1814年因政治原因被除名，1834年发表两篇力学论文而在科学界出名，1868年被选为法国科学院院士。圣维南主要研究弹性力学。1855和1856年用半逆解法分别求解柱体扭转和弯曲问题时提出处理边界条件的新思想;1885年J.V.布森涅斯克把这个思想加以推广，并称之为圣维南原理。圣维南在塑性力学与流体力学方面也有重要建树。,Page,22,问题：斜截面上有何应力？如何分析？,拉压杆(Axiallyloadedbar)斜截面(inclinedsection)上的应力：,Page23,Page24,横截面上正应力分布均匀,横截面间的纤维变形相同,斜截面间的纤维变形相同,斜截面上应力均匀分布,Page25,讨论：,Page,26,最大正应力发生在杆件横截面上，其值为s0最大切应力发生在杆件45斜截面上,其值为s0/2,正负符号规定,a：以x轴为始边，逆时针转向者为正t：斜截面外法线On沿顺时针方向旋转90，与该方向同向之切应力为正,最大应力分析,Page27,思考：,1、变形后两直线的夹角是否改变,2、如果改变，试定性解释为什么改变,3、如果改变，试定量分析角度的改变量,Page28,2-4材料拉伸时的力学性能,1.标准拉伸试样Tensile-testspecimen,GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法,一、拉伸试验,Page29,2试验装置,Page30,微控电子万能试验机,力伸长曲线,Dl,F,Tensiondiagram,Page31,3拉伸试验与拉伸图(F-l曲线),Page32,二、材料拉伸力学性能,四个阶段：Linear,yielding,hardening,necking,低碳钢Q235,Page33,线性阶段,低碳钢Q235拉伸试验,规律：（OA段）,变形：变形很小，弹性,特征点：（比例极限）,（弹性极限）,Page34,屈服阶段,低碳钢Q235拉伸试验,o,BC：水平线或锯齿状平台,现象：滑移线,变形：应力几乎不变，变形急剧增大，含弹性、塑性变形,特征点：（屈服极限）,滑移线,Page35,硬化阶段,低碳钢Q235拉伸试验,o,变形：使材料继续变形需增大应力,特征点：（强度极限）,Page36,缩颈阶段,低碳钢Q235拉伸试验,o,现象：缩颈，断裂,观察与思考：观察低碳钢试件拉伸断裂断口，思考为什么是这种形貌？,断裂,Page37,四个阶段，三个特征点，两个现象：,四个阶段：线性，屈服，硬化，缩颈Linear,yielding,hardening,necking,三个特征点：比例极限，屈服极限，强度极限,两个现象：滑移线，缩颈Slip-lines,necking,思考：颈缩阶段后，图中应力为什么会下降？,Page,38,名义应力与真实应力,颈缩阶段载荷减小，截面积也减小，真实应力继续增加,真实应力曲线,名义应力曲线,Page39,滑移线,缩颈与断裂,断口,低碳钢试件在拉伸过程中的力学现象,Page40,p,e,b,p,e,o,低碳钢卸载与再加载时的力学性能,材料在卸载与再加载时的力学行为,弹性极限(elasticlimit),弹性应变(elasticstrain),塑性应变(残余应变)(plasticstrain),冷作硬化：预加塑性变形使材料的比例极限或弹性极限提高的现象。,Page,41,材料的塑性,塑性：材料经受较大塑性变形而不破坏的能力,亦称延性。,Page,42,断面收缩率：,A试验段横截面原面积A1断口的横截面面积,塑性与脆性材料塑性材料：d5%例如结构钢与硬铝等脆性材料：d5%例如灰口铸铁与陶瓷等,Page43,例：试在图上标出D点的及材料的延伸率,o,Page,44,2-5材料拉压力学性能的进一步研究,一、一般金属材料的拉伸力学性能,有些材料不存在明显屈服阶段,Page,45,脆性材料（灰口铸铁拉伸）,Page,46,复合材料,高分子材料,二、复合材料与高分子材料拉伸力学性能,Page47,三、材料在压缩时的力学性能,低碳钢,愈压愈扁,Stress-straindiagramforlow-carbonsteelincompression,Page48,灰口铸铁压缩,断口与轴线约成55o-60o,脆性材料压缩强度极限远高于拉伸强度极限,Page,49,四、温度对力学性能的影响,中碳钢,硬铝,总体上，材料强度、弹性常数E与G随温度升高而降低,Page,50,据分析，由于大量飞机燃油燃烧，温度高达1200C，组成大楼结构的钢材强度急剧降低，致使大厦铅垂塌毁,世贸中心塌毁,大厦受撞击后，为什麽沿铅垂方