湘潭大学提前自学材料力学课件第二章拉伸、压缩与剪切

湘潭大学提前自学材料力学课件第二章拉伸、压缩与剪切拉伸、压缩与剪切概述拉伸变形与应力分析压缩变形与稳定性问题探讨剪切变形与剪切强度条件实验方法与技术手段介绍组合加载下材料力学行为研究工程应用案例分析contents目录01拉伸、压缩与剪切概述拉伸指物体在受到一对大小相等、方向相反的拉力作用时，产生伸长变形的力学行为。压缩指物体在受到一对大小相等、方向相反的压力作用时，产生缩短变形的力学行为。剪切指物体在受到一对大小相等、方向相反、且作用线相距很近的力作用时，产生相对滑动的力学行为。拉伸、压缩与剪切定义及分类材料力学中重要性及应用领域重要性拉伸、压缩与剪切是材料力学中最基本、最常见的变形形式，对于研究材料的力学性能和工程应用具有重要意义。应用领域广泛应用于机械、土木、航空、航天等工程领域，如桥梁、建筑、车辆、飞机等结构的设计和制造。连续性假设、均匀性假设、各向同性假设、小变形假设等。基本假设基于基本假设，将实际物体简化为理想化的力学模型，如质点、刚体、弹性体等，以便于进行力学分析和计算。同时，针对拉伸、压缩与剪切等变形形式，建立相应的力学模型和本构关系，以描述材料的力学行为和变形规律。理想化模型建立基本假设与理想化模型建立02拉伸变形与应力分析物体在受到一对大小相等、方向相反的拉力作用时，产生的沿力作用方向的伸长变形。拉伸变形定义弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。拉伸变形过程物体各部分的相对位置发生改变，形状和尺寸也发生变化。拉伸变形特点拉伸变形过程及特点单位面积上所承受的附加内力。应力定义σ=F/A，其中σ为应力，F为拉力，A为受力面积。应力计算公式通过平衡条件、几何关系和物理关系，推导出应力计算公式。公式推导应力计算方法及公式推导拉伸强度条件拉伸实验中试样被拉断时的最大应力值。安全性评估通过比较材料的许用应力和实际应力，评估结构或构件的安全性。若实际应力小于许用应力，则结构或构件安全；反之，则不安全。拉伸强度条件与安全性评估03压缩变形与稳定性问题探讨压缩变形定义物体在受到压力作用时，其尺寸在各方向均缩小的变形现象。压缩变形特点变形量大，变形速度快，易产生局部失稳和破坏。压缩变形过程从弹性变形到塑性变形的转变，伴随能量吸收和耗散。压缩变形过程及特点VS根据失稳形式可分为整体失稳和局部失稳；根据载荷类型可分为静力失稳和动力失稳。影响因素材料性质（弹性模量、屈服强度等）、几何形状（截面尺寸、长度等）、载荷条件（载荷大小、作用方式等）和边界条件（约束类型、约束刚度等）。稳定性问题分类稳定性问题分类及影响因素合理选择材料采用合理的截面形状和尺寸，避免应力集中和薄弱环节。优化结构设计加强约束条件考虑预应力效应01020403通过预应力技术引入压应力，提高结构稳定性。选用高强度、高刚度的材料，提高结构承载能力。增加约束数量和刚度，限制结构变形自由度。提高稳定性措施与方法04剪切变形与剪切强度条件剪切变形过程及特点剪切变形是指物体在受到与轴线平行、大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对力作用时，物体发生的变形。剪切变形过程在剪切力作用下，物体的两部分沿外力作用方向发生相对错动，直至完全分离。剪切变形特点剪切变形时，物体的两部分之间不发生相对转动，只发生相对错动；剪切面上正应力很小，可忽略不计，剪切变形主要由切应力引起。剪切变形定义剪切强度条件推导及意义根据剪切面上的应力状态和材料的剪切破坏准则，推导出剪切强度条件，即剪应力达到材料的剪切强度极限时，物体将发生剪切破坏。剪切强度条件推导剪切强度条件是判断物体是否发生剪切破坏的重要依据，也是进行结构设计和强度校核的基础。剪切强度条件意义剪切破坏通常发生在剪切面上，表现为物体两部分沿剪切面发生明显的相对错动。根据破坏形式的不同，剪切破坏可分为脆性剪切和塑性剪切两种。为了防止剪切破坏的发生，可以采取以下措施：合理布置受力构件，避免产生过大的剪切力；增加构件的剪切面积，提高抗剪能力；采用高强度材料或进行热处理，提高材料的剪切强度。剪切破坏形式预防措施剪切破坏形式及预防措施05实验方法与技术手段介绍123理解和掌握拉伸、压缩与剪切的基本概念、原理和方法。通过实验观察和分析材料在拉伸、压缩与剪切作用下的力学行为和变形特征。培养实验操作能力、数据处理能力和分析解决问题的能力。实验目的和意义利用拉伸试验机对试样施加拉伸力，观察试样的变形和断裂行为，测定材料的拉伸强度、屈服点、延伸率等指标。拉伸实验利用压缩试验机对试样施加压缩力，观察试样的变形和破坏行为，测定材料的压缩强度、弹性模量等指标。压缩实验利用剪切试验机对试样施加剪切力，观察试样的剪切变形和破坏行为，测定材料的剪切强度、剪切模量等指标。剪切实验利用金相显微镜观察试样在拉伸、压缩与剪切作用下的微观组织和结构变化，分析材料的力学行为和变形机制。金相显微镜观察常见实验方法和技术手段对实验数据进行整理、计算和处理，绘制应力-应变曲线等图表。比较不同材料、不同条件下的实验结果，分析影响材料力学行为的因素及其作用机理。结合理论知识和实际应用，对实验结果进行深入分析和讨论，提出改进和优化材料力学性能的建议和措施。分析实验结果，讨论材料在拉伸、压缩与剪切作用下的力学行为和变形特征，解释实验现象和规律。实验结果分析和讨论06组合加载下材料力学行为研究拉伸与压缩组合同时受到拉伸和压缩力的作用，材料可能产生复杂的变形行为。剪切与压缩组合剪切力作用在受压缩的材料上，可能导致材料的断裂或塑性变形。多向应力状态材料在多个方向上同时受到力的作用，产生复杂的应力分布和变形。组合加载类型和特点应力-应变关系分析材料在组合加载下的应力-应变曲线，了解材料的力学性能和变形特点。强度理论应用强度理论来预测材料在组合加载下的破坏形式和极限承载能力。变形协调性分析研究材料各部分之间的变形协调性，以避免因局部应力集中而导致的破坏。组合加载下材料力学行为分析030201安全性评估通过实验和理论计算，评估材料在组合加载下的安全性能和使用寿命。预防措施针对可能出现的破坏形式和失效模式，采取相应的预防措施，如优化结构设计、选用高强度材料等。定期检查与维护对承受组合加载的材料进行定期检查和维护，及时发现并处理潜在的安全隐患。组合加载下安全性评估和预防措施07工程应用案例分析拉伸在机械工程中，拉伸是常见的加载方式之一，如吊装重物、拉伸金属杆等。在这些情况下，物体受到轴向拉伸力的作用，可能导致其长度增加、截面面积减小。压缩压缩也是工程中常见的加载方式，如桥梁的桥墩、建筑物的承重柱等。在这些情况下，物体受到轴向压力的作用，可能导致其长度减小、截面面积增加。剪切剪切作用在工程中也十分常见，如铰接结构中的销钉连接、螺栓连接等。在这些情况下，物体受到剪切力的作用，可能导致其发生相对错动或断裂。拉伸、压缩和剪切在工程中的应用压缩问题某桥梁的桥墩在长期承受轴向压力的作用下，出现了压缩变形和裂缝，如何评估桥墩的承载能力和安全性？剪切问题某机械结构中的螺栓连接在受到剪切力作用时发生了断裂，如何分析螺栓连接的受力情况和优化设计方案？拉伸问题某吊装设备在吊装重物时，由于重物过重导致吊装钢丝绳发生拉伸变形，如何评估钢丝绳的安全性和稳定性？案例分析：拉伸、压缩和剪切的实际问题拉伸问题解决方案01可以通过计算钢丝绳的拉伸应力和应变，评估其安全性和稳定性。同时，可以采取增加钢丝绳数量或更换更高强度的钢丝绳等措施来提高吊装设备的安全性。压缩问题解决方案02可以通过对桥墩进行压缩试验和有限