化工机械基础12

1、2021-9-241第二章第二章 直杆的拉伸和压缩直杆的拉伸和压缩 研究物体在外力作用下发生变形或破坏研究物体在外力作用下发生变形或破坏的规律，以保证机器设备的零部件在外的规律，以保证机器设备的零部件在外力作用下不致发生破坏或者产生过大的力作用下不致发生破坏或者产生过大的变形。变形。 杆件：杆件：构件的长度比横向尺寸大得多构件的长度比横向尺寸大得多 轴线：轴线：杆件的各个横截面中心的连线杆件的各个横截面中心的连线2021-9-2422021-9-243二、杆件基本变形二、杆件基本变形1 1、拉伸、压缩、拉伸、压缩2 2、弯曲、弯曲3 3、剪切、剪切4 4、扭转、扭转2021-9-244一、工程

2、实例一、工程实例裙座壁厚？裙座壁厚？压缩压缩 第一节第一节 直杆的拉伸和压缩直杆的拉伸和压缩2021-9-245一、工程实例一、工程实例2021-9-246 受力特点：外力或其合力的作用线沿杆轴受力特点：外力或其合力的作用线沿杆轴 变形特点：主要变形为轴向伸长或缩短变形特点：主要变形为轴向伸长或缩短拉杆拉杆压杆压杆FFFF2021-9-247二、拉伸和压缩时横截面上的内力二、拉伸和压缩时横截面上的内力F原有内力原有内力F 附加内力附加内力F附加内力，简称内力附加内力，简称内力N：由外力引起的物体内部相互作用力的变化量由外力引起的物体内部相互作用力的变化量F+F对于简单拉伸，内力对于简单拉伸，内

3、力N等于拉力等于拉力P2021-9-2481 1、应力、应力内力大小不能衡量构件强度的大小。内力大小不能衡量构件强度的大小。应力应力 ：单位横截面面积上的内力：单位横截面面积上的内力三、拉伸和压缩时横截面上的应力三、拉伸和压缩时横截面上的应力 NA A为横截面面积。为横截面面积。 为横截面上的正应力，方向垂直于横截面。单为横截面上的正应力，方向垂直于横截面。单位位Pa。，表示内力分布的密集程度。，表示内力分布的密集程度。FFF2021-9-2492 2、应力集中、应力集中 这种在截面这种在截面突 变 处 应突 变 处 应力 局 部 增力 局 部 增大 的 现 象大 的 现 象称 为 应 力称

4、为 应 力集中。集中。 2021-9-2410为了确切地表示变形程度，引入为了确切地表示变形程度，引入单单位长度上的伸长量，即应变位长度上的伸长量，即应变绝对伸长绝对伸长L L，相对伸长或线应变相对伸长或线应变LLLL+LFF三、应变三、应变2021-9-2411第二节第二节 拉伸和压缩时材料的力学性能拉伸和压缩时材料的力学性能一、拉伸和压缩试验一、拉伸和压缩试验 材料的力学性能只有在受力作用时才能显示出来。材料的力学性能只有在受力作用时才能显示出来。2021-9-2412二、低二、低碳钢的碳钢的拉伸实拉伸实验及其验及其力学性力学性能能2021-9-24131 1、弹性变形阶段、虎克定律、弹性

5、变形阶段、虎克定律OAOA段段弹性阶段：材料产生的变形是可以弹性阶段：材料产生的变形是可以恢复恢复的。的。 A A点所示的应力是保证材料不发生不可恢点所示的应力是保证材料不发生不可恢复变形的最高限值。点复变形的最高限值。点A A应力值称为比例极应力值称为比例极限限P P ( (弹性极限弹性极限) )： E虎克定律虎克定律：若应力未超过弹性极限，则应力：若应力未超过弹性极限，则应力和应变成正比。和应变成正比。E E 是材料的弹性模量，为常数。表示材是材料的弹性模量，为常数。表示材料抵抗弹性形变能力的高低。单位为料抵抗弹性形变能力的高低。单位为PaPa。2021-9-2414横向变形横向变形横向线

6、应变横向线应变ddddd1 横向变形系数或泊松比横向变形系数或泊松比2021-9-24152021-9-24162 2、屈服阶段、屈服极限、屈服阶段、屈服极限S S B B点附近点附近名义屈服极限名义屈服极限0.20.2：0.2%0.2%的塑性应变的塑性应变所对应的应力所对应的应力 Q235-A Q235-A S S =235MPa =235MPa屈服阶段：材料抵抗变形的能力消失，变形屈服阶段：材料抵抗变形的能力消失，变形不不 可恢复可恢复材料的材料的屈服极限屈服极限S S ：出现：出现“屈服屈服”现象的现象的最最低应力低应力，一般认为应力达到屈服极限是材料丧，一般认为应力达到屈服极限是材料丧

7、失工作能力的标志失工作能力的标志2021-9-24173 3、强化阶段、强度极限、强化阶段、强度极限b b CD段段材料又显示出抵抗变材料又显示出抵抗变形的能力形的能力D点对应的应力是材点对应的应力是材料所能料所能承受的最大应承受的最大应力力，即即强度极限强度极限b b2021-9-24184 4、颈缩阶段、颈缩阶段 （局部变形阶段）（局部变形阶段）DEDE阶段阶段判断材料的塑性性能：判断材料的塑性性能： 延伸率：延伸率：5%5%为塑性材料；为塑性材料；5%5%为脆性材料。为脆性材料。试件产生颈缩现象，抵抗外力的的能力下降，试件产生颈缩现象，抵抗外力的的能力下降，变形增加，载荷下降，达到变形增

8、加，载荷下降，达到E E点时，试件断裂点时，试件断裂值是评价材料塑性好坏的一个指标，值是评价材料塑性好坏的一个指标， 值值越大，材料所经受的变形量越大，塑性越好。越大，材料所经受的变形量越大，塑性越好。1100%LLL2021-9-2419反映材料力学性能的主要指标：反映材料力学性能的主要指标：强度性能：强度性能：抵抗破坏的能力，用抵抗破坏的能力，用s s和和b b表示表示弹性性能：弹性性能：抵抗弹性变形的能力，用抵抗弹性变形的能力，用E E表示表示塑性性能：塑性性能：塑性变形的能力，用延伸塑性变形的能力，用延伸率率和截面收缩率和截面收缩率表示表示2021-9-24202021-9-24212

9、021-9-2422塑性材料和脆性材料机械性能的主要区别塑性材料和脆性材料机械性能的主要区别 1. 1.塑性材料在断裂时有明显的塑性变形；而脆塑性材料在断裂时有明显的塑性变形；而脆性材料在断裂时变形很小；性材料在断裂时变形很小；2.2.塑性材料在拉伸和压缩时的弹性极限、屈服塑性材料在拉伸和压缩时的弹性极限、屈服极限和弹性模量都相同，它的抗拉和抗压强极限和弹性模量都相同，它的抗拉和抗压强度相同。而脆性材料的抗压强度远高于抗拉度相同。而脆性材料的抗压强度远高于抗拉强度，因此，脆性材料通常用来制造受压零强度，因此，脆性材料通常用来制造受压零件。件。2021-9-24232021-9-2424第三节第

10、三节 拉伸和压缩的强度条件拉伸和压缩的强度条件一、许用应力和安全系数一、许用应力和安全系数许用应力许用应力 : :材料的工作应力一个材料的工作应力一个最最 高的允许值高的允许值 安全系数安全系数n n ，其值恒大于，其值恒大于1 1 ssn bbnn ns s=1.5=1.52.02.0，n nb b=2.5=2.54.54.5 2021-9-2425二、拉伸和压缩的强度条件二、拉伸和压缩的强度条件 强度条件：最大工作应力不超过材料的许用应力强度条件：最大工作应力不超过材料的许用应力 AN在工程上，强度条件可以解决三在工程上，强度条件可以解决三类问题：类问题：强度校核、设计截面尺强度校核、设计

11、截面尺寸、确定许可载荷寸、确定许可载荷。 满足强度条件，可以保证杆能够在强度上安满足强度条件，可以保证杆能够在强度上安全工作全工作2021-9-2426例：例： 油压力油压力p p=2MPa=2MPa，内径，内径D D=75mm=75mm，活塞杆，活塞杆直径直径d d=18mm=18mm，材料的许用应力，材料的许用应力 =50MPa=50MPa，校核活塞杆的强度。校核活塞杆的强度。 kNpDP84. 842 PadPAN62107 .344强度足够强度足够2021-9-2427例：起重用链环是由圆钢制成，工作时收到的最例：起重用链环是由圆钢制成，工作时收到的最大拉力为：大拉力为：P=15kN。

12、已知圆钢材料为。已知圆钢材料为Q235-A,许许用应力用应力=100MPa。若只考虑链环两边所受的。若只考虑链环两边所受的拉力，试确定圆钢的直径。拉力，试确定圆钢的直径。解：用式解：用式判断。判断NNdNA因为承受拉力因为承受拉力P的圆钢有两根，所以：的圆钢有两根，所以：而 ，代入上式：22,100100/4AdMPaNmm275004100d9.77dmm所以选用所以选用d=10mm的的圆钢制作圆钢制作2021-9-2428例：例： 悬臂起重机撑杆悬臂起重机撑杆ABAB为中空钢管，外径为中空钢管，外径105mm105mm，内径，内径95mm95mm。钢索。钢索1 1和和2 2平行，且钢索平行，且钢索1 1可作为相当于直径可作为相当于直径d=25mmd=25mm的圆钢计算。材料的圆钢计算。材料=60MPa=60MPa，确定许可吊重。，确定许可吊重。 030cos15sin0015cos30sin0000021PNYNPTTX2021-9-2429钢索钢索2 2的拉力的拉力T T2 2=P=P，带入方程组解得：带入方程组解得： )()(74. 135. 31baPTPN而撑杆而撑杆ABAB允许的最大轴力为：允许的最大轴力为