汽车机械基础第2版金旭星第4章材料力学基础新VIP

汽车机械基础第2版金旭星第4章材料力学基础新CATALOGUE目录材料力学基础概念拉伸与压缩剪切与挤压扭转弯曲组合变形及其强度计算01材料力学基础概念材料力学定义与研究对象材料力学定义材料力学是研究物体在外力作用下产生的变形和破坏规律的学科。它主要研究材料在各种外力作用下的应力、应变、强度和稳定性等问题。研究对象材料力学的研究对象主要是固体材料，包括金属、非金属、复合材料等。这些材料在工程中广泛应用，因此材料力学对于工程设计和制造具有重要意义。假设物体是连续的，即物体内部没有空隙，这样可以用连续的函数来描述物体的变形和应力分布。连续性假设假设物体内部各处的力学性能是相同的，即物体是均匀的。这样可以用统一的力学参数来描述物体的力学性能。均匀性假设假设物体在各个方向上的力学性能是相同的，即物体是各向同性的。这样可以用标量来描述物体的力学性能，简化了问题的复杂性。各向同性假设材料力学基本假设应力定义应力是物体内部单位面积上的内力，它反映了物体内部的受力状态。应力可以分为正应力和剪应力，分别对应于拉伸和剪切变形。应变定义应变是物体在外力作用下产生的变形程度，它反映了物体的变形能力。应变可以分为线应变和剪应变，分别对应于长度和角度的变形。应力与应变关系在弹性范围内，应力和应变之间呈线性关系，即胡克定律。当外力超过一定限度时，物体会发生塑性变形或破坏，此时应力和应变之间的关系变为非线性。应力、应变及其关系02拉伸与压缩拉伸当杆件受到一对大小相等、方向相反、作用线与杆件轴线重合的外力作用时，杆件将沿轴线方向伸长，这种变形称为拉伸。压缩当杆件受到一对大小相等、方向相反、作用线与杆件轴线重合的外力作用时，杆件将沿轴线方向缩短，这种变形称为压缩。实例桥梁的吊杆在承受重力时会发生拉伸变形，而建筑物的立柱在承受重力时会发生压缩变形。拉伸与压缩概念及实例内力杆件在拉伸或压缩时，其内部各部分之间因相对位置改变而产生的相互作用力称为内力。应力单位面积上的内力称为应力。拉伸时应力为拉应力，压缩时应力为压应力。应力集中由于杆件截面形状或材料性质的变化，导致局部应力显著增大的现象称为应力集中。拉伸或压缩时杆件内力与应力030201杆件在拉伸或压缩时，其长度的改变量称为绝对变形。绝对变形相对变形胡克定律绝对变形与杆件原长之比称为相对变形。在弹性范围内，杆件的伸长（或缩短）量与所受外力成正比，与杆件的横截面积成反比。030201拉伸或压缩时杆件变形屈服强度材料在拉伸过程中开始产生明显塑性变形时的应力称为屈服强度，是材料的一个重要力学性能指标。压缩强度材料在压缩过程中所能承受的最大应力称为压缩强度，反映材料的抗压能力。抗拉强度材料在拉伸过程中所能承受的最大应力称为抗拉强度，反映材料的抗拉能力。弹性模量材料在弹性范围内应力与应变的比值称为弹性模量，反映材料抵抗弹性变形的能力。材料在拉伸或压缩时力学性能03剪切与挤压

剪切与挤压概念及实例剪切在力不经过构件轴线的情况下，构件横截面沿某一特定面（剪切面）发生相对错动变形的现象。挤压两构件在相互接触的表面上，因受到相互垂直的挤压力作用而产生局部压陷变形的现象。实例铆钉连接、螺栓连接等工程实际中常见的连接方式，在受到剪切或挤压作用时，其力学性能及变形特点。在剪切或挤压过程中，杆件内部各部分之间因相对变形而产生的相互作用力。内力单位面积上的内力，表示杆件内部各部分之间相互作用力的强度。应力剪切面上单位面积上的切向力，使材料产生剪切变形。剪切应力接触面上单位面积上的法向力，使材料产生挤压变形。挤压应力剪切与挤压时杆件内力与应力123在剪切力作用下，构件沿剪切面发生的相对错动变形。剪切变形在挤压力作用下，构件接触面发生的局部压陷变形。挤压变形剪切变形主要发生在剪切面附近，而挤压变形则发生在接触面局部区域。变形特点剪切与挤压时杆件变形材料抵抗剪切破坏的能力，通常以剪切强度来衡量。材料抗剪性能材料抵抗挤压破坏的能力，通常以挤压强度来衡量。材料抗挤性能材料的力学性能、温度、加载速率等因素都会对材料的抗剪和抗挤性能产生影响。影响因素材料在剪切或挤压时力学性能04扭转当杆件受到大小相等、方向相反且作用平面垂直于杆件轴线的两个力偶作用时，杆件将发生扭转。扭转定义汽车传动轴、电机主轴等受力情况均可简化为扭转问题。扭转实例扭转概念及实例内力在扭转过程中，杆件横截面上的内力为扭矩，其大小等于力偶矩，方向与力偶作用面垂直。应力扭转时杆件横截面上的应力为剪应力，其分布规律与杆件的形状和受力情况有关。对于圆截面杆件，剪应力沿半径方向线性分布，最大剪应力发生在杆件表面。扭转时杆件内力与应力扭转时杆件的变形主要表现为横截面的相对转动，即相邻两横截面绕轴线转过一定的角度。通过测量杆件两端的相对转角，可以计算出杆件的扭转变形量。对于圆截面杆件，其扭转变形量与扭矩、杆长、截面极惯性矩等因素有关。扭转时杆件变形变形量计算变形特点不同材料在扭转时的力学性能表现不同。一般来说，金属材料的抗扭强度较高，而非金属材料的抗扭强度较低。材料力学性能在扭转过程中，材料可能因剪应力达到极限值而发生剪切破坏。此外，对于脆性材料还可能发生断裂破坏。因此，在设计时需要充分考虑材料的力学性能及破坏形式。材料破坏形式材料在扭转时力学性能05弯曲当杆件受到垂直于轴线的外力作用时，杆件轴线由直线变成曲线，这种变形称为弯曲。弯曲定义桥梁、房屋建筑中的梁、板等构件在荷载作用下发生的弯曲变形。实例说明弯曲概念及实例内力分析梁在弯曲时，横截面上存在内力，即剪力和弯矩。剪力使梁产生剪切变形，弯矩使梁产生弯曲变形。应力分布在纯弯曲情况下，梁横截面上的正应力分布规律是线性分布的，中性轴处应力为零，离中性轴越远，应力越大。弯曲时梁内力与应力VS梁在弯曲时，轴线由直线变为曲线，横截面发生相对转动。挠度和转角挠度是指梁轴线在垂直于轴线方向的线位移，转角是指横截面绕中性轴转过的角度。变形特点弯曲时梁变形在比例极限内，材料服从胡克定律，应力与应变成正比。弹性阶段屈服阶段强化阶段局部变形阶段当应力超过比例极限后，材料开始屈服，应力不再增加或增加缓慢，而应变急剧增加。材料经过屈服阶段后，又增强了抵抗变形的能力。这时，要使材料继续变形，必须增加应力。当应力达到强度极限后，材料开始发生局部变形，最终导致断裂。材料在弯曲时力学性能06组合变形及其强度计算组合变形概念及实例组合变形是指物体在受到多个外力作用下，产生的不同形式的变形叠加在一起的现象。组合变形定义桥梁结构在受到自重、车辆荷载、风荷载等多个外力作用下，会发生弯曲、剪切、扭转等多种变形，这些变形叠加在一起形成组合变形。实例通过受力分析、平衡方程、几何方程、物理方程等手段，求解物体在组合变形下的应力、应变和位移等响应。工程力学方法将物体离散化为有限个单元，通过单元刚度矩阵和载荷向量的组装，求解整体结构的平衡方程，得到组合变形下的应力、应变和位移等响应。有限元方法通过对实际结构或缩尺模型进行加载实验，测量其在组合变形下的应力、应变和位移等响应，验证理论分析和数值模拟的正确性。实验方法组合变形分析方法简介弯曲与扭转组合01对于同时受到弯曲和扭转作用的构件，需要分别计算其弯曲应力和扭转应力，然后按照强度理论进行叠加，得到组合应力并进行强度校核。拉伸与压缩组合02对于同时受到