材料力学挤压与拉伸-强度计算ppt课件

1、材料力学材料力学第七章第七章 拉伸、紧缩与剪切拉伸、紧缩与剪切 剪切和挤压适用计算剪切和挤压适用计算材料力学材料力学第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算材料力学材料力学第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算材料力学材料力学n一一. .剪真适用计算剪真适用计算n1. 1. 工程上的剪切件有以下特点：工程上的剪切件有以下特点：n1 1受力特点：杆件两侧作用大小相等，方向相受力特点：杆件两侧作用大小相等，方向相反，作用线相距很近的外力反，作用线相距很近的外力n2 2变形特点：两外力作用线间截面发生错动，变形特点：两外力作用线间截面发生错动，由矩形变为平行

2、四边形由矩形变为平行四边形. .第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算材料力学材料力学第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算上刀刃上刀刃下刀刃下刀刃nnFFFFS剪切面剪切面材料力学材料力学AFS剪真适用计算中，假定剪切面上各点处的切应力相等，于剪真适用计算中，假定剪切面上各点处的切应力相等，于是得剪切面上的名义切应力为：是得剪切面上的名义切应力为： AFS剪切强度条件，剪切强度条件， 剪切面为圆形时，其剪切面积为：剪切面为圆形时，其剪切面积为： 42dA对于平键对于平键 ，其剪切面积为：，其剪切面积为： lbA第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强

3、度计衔接件的强度计算算构件许用剪切应力构件许用剪切应力材料力学材料力学例例 图示安装常用来确定胶接处的抗剪强度，如知破坏时的荷载为图示安装常用来确定胶接处的抗剪强度，如知破坏时的荷载为10kN，试求胶接处的极限剪切应力。，试求胶接处的极限剪切应力。胶缝胶缝30mm10mmFFSFSFkN52SFF23001030mmAsMPa7 .163001053SsuAF解：解：第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算材料力学材料力学例例 如图螺钉，知：如图螺钉，知： =0.6 ，求其，求其d:h的合理比的合理比解解:hFd 当当s，t分别到达分别到达t，s时，时， 资资料的利用最合理

4、料的利用最合理 dhFAFdFAFSS2N44 . 2:46 . 02hddFdhF得剪切面剪切面dh第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算材料力学材料力学挤压：联接和被联接件接触面相互压紧的景象。挤压：联接和被联接件接触面相互压紧的景象。有效挤压面：挤压面面积在垂有效挤压面：挤压面面积在垂直于总挤压力作用线平面上的直于总挤压力作用线平面上的投影。投影。挤压时，以挤压时，以P 表示挤压面上传表示挤压面上传送的力，送的力，Abs 表示挤压面积，表示挤压面积，那么挤压应力为那么挤压应力为bsbsbsAP-资料的许用挤压应力，式中：bs普通 27 . 1bs第七章第七章 第三节

5、第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算二、挤压适用计算二、挤压适用计算材料力学材料力学FF挤压面挤压面FF压溃压溃(塑性变形塑性变形)第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算材料力学材料力学挤压强度条件：挤压强度条件： bsbsmax)(挤压许用应力：由模拟实验测定挤压许用应力：由模拟实验测定 挤压面为平面，计算挤压面就是该面挤压面为平面，计算挤压面就是该面挤压面为弧面，取受力面对半径的投挤压面为弧面，取受力面对半径的投影面影面挤压应力挤压应力bsbsbsAFtdFbs挤压力挤压力计算挤压面计算挤压面Abs=td第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算

6、材料力学材料力学对圆截面：如右图所示。对圆截面：如右图所示。对于平键对于平键:hlAbs21dtAbs第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算材料力学材料力学h/2bldOFSnnFsFbsFMennOMeblAdMFSekN1 .57/2S MPa6 .28SSblFAFS校核键的剪切强度：校核键的剪切强度：kN157S.FFbs bsbsbsbsbshlFAFMPa2 .952/ )(/2bshlA校核键的挤压强度：校核键的挤压强度：例例 图示轴与齿轮的平键联接。知轴直径图示轴与齿轮的平键联接。知轴直径d=70mm，键的尺，键的尺寸为寸为bhl=2012100mm，传送

7、的力偶矩，传送的力偶矩Me=2kNm，键，键的许用切应力的许用切应力t=60MPa，sbs=100MPa。试校核键的强度。试校核键的强度。强度满足要求强度满足要求第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算材料力学材料力学例例 电瓶车挂钩由插销联接，如图示。插销资料为电瓶车挂钩由插销联接，如图示。插销资料为20钢，钢，=30MPa，bs100MPa，直径，直径d=20mm。挂钩及被联接的板件的厚度。挂钩及被联接的板件的厚度分别为分别为t=8mm和和1.5t=12mm。牵引力。牵引力F=15kN。试校核插销的强度。试校核插销的强度。 22 AFS MPa9 .2310202101

8、54242332SdFAFbs333bsbsbsMPa5 .621020101210155 . 1dtFAFbsbsbsbsAF第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算材料力学材料力学 失效：由于资料的力学行为而使构件丧失正常失效：由于资料的力学行为而使构件丧失正常功能的景象。断裂和出现塑性变形统称为失效。功能的景象。断裂和出现塑性变形统称为失效。max= b拉max= s拉压构件资料的失效判据：拉压构件资料的失效判据：max= b压第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算 失效、平安要素和强度计算失效、平安要素和强度计算材料力学材料力学I. 资料的拉、

9、压许用应力塑性资料： ,s2 . 0ssnn或脆性资料：许用拉应力 bbtn其中，ns对应于屈服极限的平安因数其中，nb对应于拉、压强度的平安因数第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算bbccn 许用压应力 材料力学材料力学II. 拉(压)杆的强度条件其中：smax拉(压)杆的最大任务应力；s资料拉伸(紧缩)时的许用应力。 maxmaxxAxFN第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算材料力学材料力学III. 关于平安因数的思索 1实际与实践差别：思索极限应力实际与实践差别：思索极限应力(ss，s0.2，sb，sbc) 、横截面尺寸、荷载等的变异，以及

10、计、横截面尺寸、荷载等的变异，以及计算简图与实践构造的差别。算简图与实践构造的差别。2足够的平安贮藏：运用寿命内能够遇到不测足够的平安贮藏：运用寿命内能够遇到不测事故或其它不利情况，也计及构件的重要性及破事故或其它不利情况，也计及构件的重要性及破坏的后果。坏的后果。平安系数的取值：平安系数是由多种要素决议的。可从有平安系数的取值：平安系数是由多种要素决议的。可从有关规范或设计手册中查到。在普通静载下，对于塑性资料关规范或设计手册中查到。在普通静载下，对于塑性资料通常取为通常取为1.52.2；对于脆性资料通常取为；对于脆性资料通常取为3.0 5.0，甚，甚至更大。至更大。第七章第七章 第三节第三

11、节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算材料力学材料力学. 强度计算的三种类型 (3) 答应荷载确实定:FN,maxAs (2) 截面选择：max,NFAmax,NmaxAF (1) 强度校核：第七章第七章 第三节第三节 衔接件的强度计衔接件的强度计算算材料力学材料力学n1概念概念n 等截面直杆受轴向拉伸或紧缩时，横截面上的等截面直杆受轴向拉伸或紧缩时，横截面上的应力是均匀分布的。由于实践需求，有些零件必需应力是均匀分布的。由于实践需求，有些零件必需有切口、切槽、油孔、螺纹、轴肩等，以致在这些有切口、切槽、油孔、螺纹、轴肩等，以致在这些部位上截面尺寸发生忽然变化。实验结果和实际分部位上截面尺寸发生

12、忽然变化。实验结果和实际分析阐明，在零件尺寸忽然改动处的横截面上，应力析阐明，在零件尺寸忽然改动处的横截面上，应力并不是均匀分布的。并不是均匀分布的。n2应力集中应力集中由于杆件外形忽然变化，而引起部由于杆件外形忽然变化，而引起部分应力急剧增大的景象，称为应力集中。分应力急剧增大的景象，称为应力集中。7-4 应力集中的概念应力集中的概念第七章第七章 第四节第四节 应力集中应力集中材料力学材料力学第七章第七章 第四节第四节 应力集中应力集中材料力学材料力学由于杆件横截面骤然变化而引起的应力部分骤然增大。由于杆件横截面骤然变化而引起的应力部分骤然增大。第七章第七章 第四节第四节 应力集中应力集中m

13、axK实际应力集中因数：实际应力集中因数：它反映了应力集中的程度，为大于它反映了应力集中的程度，为大于1 1的因数。的因数。具有小孔的均匀受拉平板，具有小孔的均匀受拉平板， K3 K3。材料力学材料力学第七章第七章 第四节第四节 应力集中应力集中 实验结果阐明：截面尺寸改动得越急剧、角越尖，孔越小，应力集中的程度就越严重。因此，零件应尽量防止带尖角的孔和槽，对阶梯轴的过渡圆弧，半径应尽量大一些。材料力学材料力学应力集中对强度的影响应力集中对强度的影响塑性资料制成的杆件受静荷载情况下：荷载增大进入弹塑性极限荷载jsuAF第七章第七章 第四节第四节 应力集中应力集中材料力学材料力学 均匀的脆性资料

14、或塑性差的资料(如高强度钢)制成的杆件即使受静荷载时也要思索应力集中的影响。 非均匀的脆性资料，如铸铁，其本身就因存在气孔等引起应力集中的内部要素，故可不思索外部要素引起的应力集中。 塑性资料制成的杆件受静荷载时，通常可不思索应力集中的影响。第七章第七章 第四节第四节 应力集中应力集中材料力学材料力学第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能 资料拉伸时的力学性能资料拉伸时的力学性能力学性能力学性能(机械性质机械性质)：资料在外力作用下表现出的变：资料在外力作用下表现出的变形、破坏等方面的特性形、破坏等方面的特性,它们是资料固有的属性，经它们是资料固有的属性，经过实验进展

15、测定。过实验进展测定。资料力学包含资料力学包含的两个方面的两个方面实际分析实际分析实验研讨实验研讨测定资料的力学测定资料的力学性能；处理某些性能；处理某些不能全靠实际分不能全靠实际分析的问题析的问题材料力学材料力学第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能 常温室温、静荷下的拉伸实验是最常温室温、静荷下的拉伸实验是最根本的一种，静荷是指加载速度平稳、载根本的一种，静荷是指加载速度平稳、载荷缓慢逐渐增减，是测定资料力学性能的荷缓慢逐渐增减，是测定资料力学性能的根本实验。根本实验。 试件和设备：试件和设备： 规范试件：圆截面试件规范试件：圆截面试件 实验设备主要是拉力机或全能

16、机及相关的实验设备主要是拉力机或全能机及相关的丈量、记录仪器。丈量、记录仪器。 标距标距l l与直径与直径d d的比例分为：的比例分为：l=5d l=5d 和和 l=10dl=10d材料力学材料力学一一 试件和实验条件试件和实验条件常温、静常温、静载载第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能国家规范国家规范GB228-2002材料力学材料力学第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能材料力学材料力学第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能1低碳钢拉伸时的力学性能低碳钢拉伸时的力学性能(含碳量在含碳量在0.3%以下的碳以下的碳

17、素钢素钢)材料力学材料力学oabcef明显的四个阶段明显的四个阶段1 1、弹性阶段、弹性阶段obobP比例极限比例极限Ee弹性极限弹性极限tanE2 2、屈服阶段、屈服阶段bcbc失去抵失去抵抗变形的才干抗变形的才干- -滑移，滑移，产生明显塑性变形；产生明显塑性变形；s屈服极限屈服极限3 3、强化阶段、强化阶段cece恢复抵抗恢复抵抗变形的才干变形的才干- -位错钉扎位错钉扎强度极限强度极限b4 4、部分变形阶段、部分变形阶段efefPesb第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能材料力学材料力学第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能n资料屈

18、服表现为显著的塑性变形，零件的塑性变形将影资料屈服表现为显著的塑性变形，零件的塑性变形将影响机器正常任务，所以响机器正常任务，所以ss是衡量资料强度的重要目的。是衡量资料强度的重要目的。n过屈服阶段后，资料又恢复了抵抗变形的才干，要使它过屈服阶段后，资料又恢复了抵抗变形的才干，要使它继续变形，必需添加拉力，这种景象称为强化。强化阶继续变形，必需添加拉力，这种景象称为强化。强化阶段最高点段最高点e e所对应的应力所对应的应力bb是资料所能接受最大应力，是资料所能接受最大应力，称为强度极限或抗拉强度。是衡量资料强度的又一重要称为强度极限或抗拉强度。是衡量资料强度的又一重要目的。目的。n过过e e点

19、后，在试样的某一部分范围内，横向尺寸忽然急点后，在试样的某一部分范围内，横向尺寸忽然急剧减少，构成颈缩景象。颈缩部分横截面积迅速减小，剧减少，构成颈缩景象。颈缩部分横截面积迅速减小，试样继续伸长所需拉力也相应减少。在应力应变图中，试样继续伸长所需拉力也相应减少。在应力应变图中， =F/A=F/A也减小，降落到也减小，降落到f f点，试样被拉断。点，试样被拉断。材料力学材料力学5.5.两个塑性目的两个塑性目的: :%100001lll断后伸长率断后伸长率断面收缩率断面收缩率%100010AAA%5为塑性资料为塑性资料%5为脆性资料为脆性资料低碳钢的低碳钢的%3020%60为塑性资料为塑性资料0第

20、七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能材料力学材料力学n1卸载定律：卸载过程中，应力和应变按直线规律变化。卸载定律：卸载过程中，应力和应变按直线规律变化。n 把试样拉到超越屈服极限的把试样拉到超越屈服极限的d点，逐渐卸除拉力，应力点，逐渐卸除拉力，应力应变关系将沿着斜直线应变关系将沿着斜直线dd回到回到d点，点，dd近似平行于近似平行于oa，拉，拉力完全卸除后，力完全卸除后，dg表示消逝了的弹性变形，表示消逝了的弹性变形，od表示不再消表示不再消逝的塑性变形。逝的塑性变形。n2冷作硬化：再次加载时，冷作硬化：再次加载时，d点以前资料变化是线弹性的，点以前资料变化是线弹性

21、的，过过d后出现塑性变形，比较后出现塑性变形，比较oacdef和和ddef两条曲线，可见第二两条曲线，可见第二次加载时，比例极限得到提高，塑性变形和伸长略有所降低。次加载时，比例极限得到提高，塑性变形和伸长略有所降低。这种景象称为冷作硬化。工程上常用冷作硬化来提高资料的这种景象称为冷作硬化。工程上常用冷作硬化来提高资料的弹性阶段。弹性阶段。第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能6. 卸载定律及冷作硬化卸载定律及冷作硬化材料力学材料力学卸载定律及冷作硬化卸载定律及冷作硬化1 1、弹性范围内卸载、再加载、弹性范围内卸载、再加载oabcefPesb2 2、过弹性范围卸载、再

22、加载、过弹性范围卸载、再加载ddghf 即资料在卸载过程中应即资料在卸载过程中应力和应变是线形关系，这力和应变是线形关系，这就是卸载定律。就是卸载定律。 资料的比例极限增高，延资料的比例极限增高，延伸率降低，称之为冷作硬化或伸率降低，称之为冷作硬化或加工硬化退火可消除。加工硬化退火可消除。第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能材料力学材料力学留意：1. 低碳钢的ss，sb都还是以相应的抗力除以试样横截面的原面积所得，实践上此时试样直径已显著减少，因此它们是名义应力。 2. 低碳钢的强度极限sb是试样拉伸时最大的名义应力，并非断裂时的应力。 3. 超越屈服阶段后的应变还

23、是以试样任务段的伸长量除以试样的原长而得，因此是名义应变(工程应变)。第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能材料力学材料力学4. 伸长率是把拉断后整个任务段的均匀塑性伸长变形和颈缩部分的部分塑性伸长变形都包括在内的一个平均塑性伸长率。规范试样所以规定标距与横截面面积(或直径)之比，缘由在此。 第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能材料力学材料力学o对于对于-曲线没有曲线没有“屈服平台屈服平台即没有明显屈服阶段的的塑性资即没有明显屈服阶段的的塑性资料，工程上规定取完全卸载后具料，工程上规定取完全卸载后具有剩余应变量有剩余应变量0.2%0.2%时

24、的应力叫名时的应力叫名义屈服极限，用义屈服极限，用0.20.2表示。表示。%2 . 02 . 0第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能2其它塑性资料拉伸时的力学性能其它塑性资料拉伸时的力学性能材料力学材料力学伸长率部分变形阶段强化阶段屈服阶段弹性阶段退火球墨铸铁强铝锰钢资料%5%5%5第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能材料力学材料力学ob b拉伸强度极限约拉伸强度极限约为为140MPa。它是衡量。它是衡量脆性资料铸铁拉伸的脆性资料铸铁拉伸的独一强度目的。独一强度目的。 应力应变不成比例，应力应变不成比例，无屈服、颈缩景象，变形无屈服、颈缩景象，变形很小且很小且 b很低。很低。第七章第七章 第五节第五节 资料的拉压机械资料的拉压机械性能性能3铸铁拉伸时的力学性能铸铁拉伸时的力学性能材料力学材