第5章-材料的拉伸和压缩力学性能

1、第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能第第5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能 5.1 概述概述5.2 材料在拉伸时的力学性能材料在拉伸时的力学性能5.3材料在压缩时的力学性能材料在压缩时的力学性能5.4 轴向拉伸或压缩时的强度计算轴向拉伸或压缩时的强度计算第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.1 概述概述1.材料的力学性能材料的力学性能：材料在外力作用下所呈现的有关强度、变形方面的特性。或者是指材料(试样)在外力作用 下表现出的变形、破坏等方面的特性(行为)。一般由实 验测定。强度特性，变形特性，塑性特性2.试试 验

2、条件验条件：常温(20)；静载（及其缓慢地加载）； 标准试件。 GB2282002金属材料室温拉伸试验方法 GB158679金属材料杨氏模量测量方法第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸时的力学性能材料在拉伸时的力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能一、一、拉伸试验试件拉伸试验试件标准试件：标准试件：横截面直径横截面直径d标距标距l第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能试验仪器：试验仪器：万能材料试验机万能材料试验机第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学

3、性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能二二 低碳钢拉伸时的力学性低碳钢拉伸时的力学性能能拉伸图拉伸图应力应变曲线图应力应变曲线图第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能拉拉伸伸图图第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能oabcefPesb1、弹性阶段弹性阶段ob 弹性变形：弹性变形： 弹性极限弹性极限e 斜直线斜直线oa: E E 弹性模量弹性模量比例极限比例极限p tg E第第5 5章章 材料的拉伸

4、和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能oabcefPesb2、屈服阶段屈服阶段bc屈服极限屈服极限s 出现出现450条纹：滑移线条纹：滑移线 主要为塑性变形。主要为塑性变形。 应力不增加，应变不应力不增加，应变不断增加。断增加。第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能oabcefPesb3、强化阶段强化阶段ce：强度极限强度极限b4、局部径缩阶段局部径缩阶段ef第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能两个塑性指标两个塑性指标:%100001lll伸长率伸长率:截面收缩率截面收缩率:%100010

5、AAA%5为塑性材料为塑性材料,%5为脆性材料为脆性材料0低碳钢的低碳钢的%3020%60为塑性材料为塑性材料第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能卸载定律及冷作硬化卸载定律及冷作硬化1 弹性范围内卸载、再加载弹性范围内卸载、再加载oabcefPesb2 过弹性范围卸载、再加载过弹性范围卸载、再加载ddghf 即材料在卸载过程中应即材料在卸载过程中应力和应变是线性关系，这力和应变是线性关系，这就是卸载定律。就是卸载定律。 材料的比例极限增高，延材料的比例极限增高，延伸率降低，称之为冷作硬化伸率降低，称之为冷作硬化或加

6、工硬化。或加工硬化。第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能三三 其它材料拉伸时的力学性质其它材料拉伸时的力学性质 对于没有明显屈对于没有明显屈服阶段的塑性材料，服阶段的塑性材料，用名义屈服极限用名义屈服极限0.2来表示。来表示。o%2 . 02 . 0第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能o1.没有明显的直线阶段，应力应变曲线为微弯的曲线。没有明显的直线阶段，应力应变曲线为微弯的曲线。四、铸铁拉伸时的力学性能四、铸铁拉伸时的力学性能2.没有

7、明显的塑性变形，变形很小，为典型的脆性材料。没有明显的塑性变形，变形很小，为典型的脆性材料。 3.没有屈服和颈缩现象，试件突然拉断。没有屈服和颈缩现象，试件突然拉断。 强度极限强度极限b: 拉断时的最大应力。拉断时的最大应力。b 第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.3 材料在压缩材料在压缩时的力学性能时的力学性能5.3 材料在压缩时的力学性能材料在压缩时的力学性能一、压缩试验试件一、压缩试验试件标准试件：标准试件：横截面直径横截面直径d柱高柱高h第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.3 材料在压缩材料在压缩时的力学性能时的力学性能比

8、例极限比例极限p、屈服极限、屈服极限s、弹性模量、弹性模量E 与拉伸时相同与拉伸时相同强度极限强度极限b测不出。测不出。 s O二、低碳钢压缩时的力学性能二、低碳钢压缩时的力学性能第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.3 材料在压缩材料在压缩时的力学性能时的力学性能三、铸铁压缩时的力学性能三、铸铁压缩时的力学性能铸铁的抗压强度比它的抗拉强度高铸铁的抗压强度比它的抗拉强度高4-5倍。倍。450斜截面破坏。斜截面破坏。128102467006005004003002001000第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.3 材料在压缩材料在压缩

9、时的力学性能时的力学性能第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.3 材料在压缩材料在压缩时的力学性能时的力学性能讨论题讨论题强度高的曲线为强度高的曲线为刚度大的曲线为刚度大的曲线为塑性好的曲线为塑性好的曲线为123123 第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算极限应力极限应力(ultimate stress ):构件失效时的应力。构件失效时的应力。一、许用应力一、许用应力失效失效：构件在外力作用下不能正常安全地工作。：构件在外力作用下不能正常安全地工作。强度破坏强度破坏刚度破坏刚度

10、破坏稳定性破坏稳定性破坏塑性材料：塑性材料：脆性材料：脆性材料：s b 许用应力许用应力 ssn bbn 极限应力极限应力:bsnn 、安全因数。安全因数。5.4 轴向拉伸或压缩时的强度计算轴向拉伸或压缩时的强度计算第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算2 设计截面：设计截面：1 强度校核：强度校核：3 确定许可载荷：确定许可载荷： 应用：应用：二、强度条件二、强度条件 max等直杆：等直杆： ANmaxmax ANmaxmax maxNA AN max 安全经济的原则：安全经济的原则：max不超过不超过的的

11、5%。第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算例例5-1 铸工车间吊运铁水包的吊杆的横截面为矩形，尺寸铸工车间吊运铁水包的吊杆的横截面为矩形，尺寸b=50mm，h=25mm，如图所示，吊杆的许用应力为，如图所示，吊杆的许用应力为80MPa。铁水包自重为铁水包自重为8kN，最多能容，最多能容30kN重的铁水。试校核吊杆的重的铁水。试校核吊杆的强度。强度。 解解: 1 计算吊杆的轴力计算吊杆的轴力: kN19)830(212PFmaxN 2 校核强度校核强度 MPa2 .151050251019AF63Nmaxma

12、x 所以吊杆满足强度条件。所以吊杆满足强度条件。第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算例例5-2 已知一圆杆受拉力已知一圆杆受拉力P =25kN，直径，直径 d =14mm，许用，许用应力应力 =160MPa，试校核此杆是否满足强度要求。，试校核此杆是否满足强度要求。解：解：1 轴力：轴力：FN = P =25KNMPa162014.014.310254d P4AF232Nmax 2 应力：应力：3 强度校核：强度校核：4 结论：此杆满足强度要求，能够正常工作。结论：此杆满足强度要求，能够正常工作。 max

13、%5%5 . 1160160162 max 但但第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算例例5-3 如图为简易吊车，如图为简易吊车，AB和和BC均为圆形钢杆，已知均为圆形钢杆，已知d1=36mm,d2=25mm, 钢的许用应力钢的许用应力=100MPa。试确定吊。试确定吊车的最大许可起重量。车的最大许可起重量。 解：解：1 计算杆计算杆AB、BC的轴力的轴力 :0 X:0 Y 2 求许可载荷求许可载荷 030cosFF1N2N 0W60cosF1N WFN21AFmaxN WFN32第第5 5章章 材料的拉伸和

14、压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算按按AB杆的强度进行计算杆的强度进行计算 按按BC杆的强度进行计算杆的强度进行计算 因此该吊车的最大许可载荷只能为因此该吊车的最大许可载荷只能为W=28.3kN。 4dAF211maxN kNdFWN9 .508101001036 82166221maxmax4dAF222maxN kNdFWN3 .283410100102534366222max2max第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算例例5-4 D=350

15、mm，p=1MPa。螺栓。螺栓 =40MPa，求直径，求直径d。pDF24 每个螺栓承受的轴力为总压力的每个螺栓承受的轴力为总压力的1/6解：解： 油缸盖受到的力油缸盖受到的力根据强度条件根据强度条件 AFNmax 22.6mm104061035. 066622 pDd即螺栓的轴力为即螺栓的轴力为pDFFN2246 NFA得得 24422pDd即即螺栓的直径螺栓的直径Dp第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能例例5-5图示三角形托架图示三角形托架,其杆其杆AB是由两根等边角钢组成。已知是由两根等边角钢组成。已知P=75kN, =160MPa, 试选择等边角钢的型号试选

16、择等边角钢的型号。第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能解：解：由得MNPCAB075,:kNANAB 75101601036468710468742.mcm2选边厚为的 号等边角钢 其342359mmcm2,.A 第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.5 拉拉( (压压) )杆的弹性应变能杆的弹性应变能一一、弹性应变能弹性应变能在外力作用下，弹性体因变形而储存的能量， 称为应变能（Strain Energy），用“U”表示。二、二、 拉压杆的应变能计算功能原理拉压杆的应变能

17、计算功能原理 不计能量损耗时，外力功等于应变能第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能变形能：变形能：外力功外力功 =LLdPW0/)(功能原理功能原理UW 当当时时pLPW21EALP22EALPU22第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能三、三、 拉压杆的比能拉压杆的比能 u111222UP lPluVAlA l 单位体积内的应变能LAEALAPU212122V21EEu2212122第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能四四. 利用功能原理求杆件的变形或某点的位移利用功能原理求杆件的变形或某点的位移适用于：适用于

18、： 1）线弹性范围）线弹性范围2）结构上只有一个外主动力作用，）结构上只有一个外主动力作用，求其作用点沿作用线方向的位移。求其作用点沿作用线方向的位移。第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能kN55.113/PT解：能量法：外力功等于变形能 （1）求钢索内力：以ABD为对象：060sin6 . 12 . 18 . 060sinooATPTm 设横梁ABCD为刚梁，横截面面积为 76.36mm 的钢索绕过无摩擦的定滑轮。设 P=20kN，试求刚索的应力和 C点的垂直位移。设刚索的 E =177GPa。800400400CPAB60 60PABCDTTYAXA第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能2222CPT LEA22211.551.6 220 17776.36 0.79mmCT LPEA MPa1511036.7655.119AT（2) 钢索的应力为：（3) C点位移为：800400400CPAB60 60能量法能量法：利用应变能的概念解决与：利用应变能的概念解决与结构物或构件的弹性变形有关的问结构物或构件的弹性变形有关的问题，这种方法称为能量法题，这种方法称为能量