机械设计基础1-拉压变形力学性能及剪切挤压变形教案1.23

西安航空职业技术学院课程教案封皮第讲/共页20年月日教学项目拉压时的力学性能及剪切挤压变形授课地点多媒体教室授课形式线下教学学情分析知识背景：学生前面学习了构件的受力分析，能够对构件实际工作中承受载荷分析约束。实际工程中有些构件具有足够的强度、刚度能安全可靠地工作。构件的承载能力包括强度、刚度和稳定性。学生背景：通过上一次课的学习，能够分析拉压杆的受力及强度分析，但材料在受拉或压时，力学性能是怎样的？塑性和脆性材料如何区分，本节课主要使学生了解相关知识，培养学生质量、责任、安全意识。教学目标1.知识目标：（1）材料在拉伸时的力学性质，应力一应变图及其特点：比例极限、弹性极限、屈服极限和强度极限，塑性指标：延伸率和断面收缩率，塑性与脆性材料的力学性能对比；（2）材料在压缩时的力学性质；（3）失效、安全系数和强度计算，许用应力；（4）构件剪切挤压变形特点及内力、应力计算2.能力目标：（1）理解低碳钢和铸铁试件在拉伸和压缩过程中反映出的力学性能和现象；；（2）计算构件剪切挤压变形特点及内力、应力；（3）利用所学知识，分析力系中构件的受力及应力分析；3.素质目标通过构件的受力应力分析，培养学生热爱祖国、勇于担当的责任意识；教学重点低碳钢和铸铁试件在拉伸和压缩过程中反映出的力学性能和现象剪切变形的应力分析教学难点及应对剪切变形的剪切面积计算解决策略:引入实际生活中的案例，采用教师引导，学生动手练习的方法解决难点教学资源教材、线上教学资源、PPT等教学方法讲授法、问答法、演示法、分组练习法、讨论法、项目教学法等教学反思授课教师（签字）教研室主任（签字）教学单位审查意见活动安排第一课时（一）课中内化环节一：材料在拉伸与拉压杆的变形材料的拉伸和压缩试验低碳钢拉伸时的力学性能其他金属材料在拉伸时的力学性能金属材料在压缩时的力学性都建（约30分钟）教师活动学生活动设计意图步骤一：教师结合上节课所学内容，给出案例回顾知识。知识回顾：学生动手分析练习，教师结合学生完成情况，回顾知识

一等直杆其受力情况如图所示，点A处的支座反力为FA=10KN。试求杆各段的轴力。1.培养学生的民族自豪感。2.培养学生将所学知识应用实际生活的能力步骤二：材料的拉伸和压缩试验实验方式：常温静载试验标准试样标距

l有两种长度：l=10d；l=5d

低碳钢拉伸时的力学性能弹性阶段ob对应于弹性变形的应力最高限称为弹性极限se。应力-应变曲线上线弹性区的最高应力值称为比例极限，用

sp表示。当时注：工程上对se和sp并不严格区分屈服阶段bc强化阶段ce颈缩阶段学生结合之前所学知识及所做实验，分析四个阶段的三个重要应力参数

试样拉断后因保留着塑性变形,

标距由原来的l变为l1，试样拉断后的残余应变，称为伸长率或延伸率，用

d表示：通常按伸长率的大小把材料分成两大类：d＞5%

为塑性材料，如碳钢、黄铜、铝合金等；d＜5%为脆性材料，如灰铸铁、玻璃、陶器等。称为断面收缩率。它也是衡量材料塑性的指标材料的冷作硬化把试样拉到超过弹性极限的d点，然后卸载，发现应力和应变在卸载过程中按直线规律变化，卸载线dg与oa基本平行。上述规律一般称为卸载定律。

用ee和ep分别表示弹性应变和塑性应变。

常温下预拉到强化阶段然后卸载，当再次加载时，可使比例极限提高，但降低了塑性，这种现象称为冷作硬化。使学生能够将所学知识与实际生活结合起来；使学生了解生活工程中常见到的几种基本变形，并能结合所学合理分析步骤三：其他材料在拉伸时的力学性能

对于没有明显屈服阶段的塑性材料，工程上通常规定把产生0.2％塑性应变时所对应的应力值作为屈服指标，称为条件屈服极限或屈服强度，用s0.2表示。铸铁在较小的拉力下就被拉断，没有屈服和缩颈现象，拉断前的应变很小，延伸率也很小。灰口铸铁是典型的脆性材料。

铸铁拉断时的应力即为其强度极限。因为没屈服现象，强度极限sb是衡量强度的唯一指标。学生认真听讲、分析其他塑性和脆性材料的力学性能压缩时低碳钢的E和ss

都与拉伸时大致相同。屈服阶段以后，试样越压越扁，变成鼓状，横截面不断增大，试样抗压能力也继续增高，所以得不到压缩时的强度极限。手段：PPT环节二：许用应力与强度条件（约20分钟）教师活动学生活动设计意图/手段步骤一：失效及安全系数（5分钟）如何设计拉压杆？——安全，或不失效

反面看：危险，或失效（丧失正常工作能力）（1）塑性屈服

（2）脆性断裂

n

—安全因数；

—

许用应力

安全因数n——不可知系数。它弥补载荷、材料性能、计算理论、模型或方法及结构的重要性或破坏的严重性等信息的不足。（1）塑性

n=1.5-2.5

（2）脆性

n=

2-3.5

许用应力轴向拉伸或压缩时的强度条件——

强度条件可以解决以下问题：1）校核强度：2）设计截面：3）确定载荷：学生在老师的引导下，训练完成相关任务

图示空心圆截面杆，外径D＝20mm，内径d＝15mm，承受轴向荷载F＝20kN作用，材料的屈服应力σs＝235MPa，安全因数n=1.5。试校核杆的强度。解：正应力为:许用应力为:

可见，工作应力小于许用应力，说明杆件能够安全工作。1.使学生明白物质世界离不开材料。启发学生观察、思考。提高梳理自己思考结果的能力，鼓励学生说出自己的想法，鼓励学生参与教学活动、提高口头表达能力。步骤二：应力集中因构件截面尺寸突然变化，而引起应力局部急剧增大的现象，称为应力集中。各种材料对应力集中的敏感程度并不相同。低碳钢等塑性材料因有屈服阶段存在，当局部的最大应力

、到达屈服极限时，将发生塑性变形，应力基本不再增加。当外力继续增加时，处在弹性变形的其他部分的应力继续增长，直至整个截面上的应力都达到屈服极限时，才是杆的极限状态。所以，材料的塑性具有缓和应力集中的作用。由于脆性材料没有屈服阶段，当应力集中处的最大应力达到时，杆件就会在该处首先开裂，所以应考虑应力集中的影响。但铸铁等组织不均匀的脆性材料，由于截面尺寸急剧改变而引起的应力集中对强度的影响并不敏感。

在研究塑性材料构件的静强度问题时，通常可以不考虑应力集中的影响。但在动载荷作用下，则无论是塑性材料，还是脆性材料制成的构件，都应考虑应力集中的影响。举例，学生分析内力的计算。形成自己见解的，可以举手回答，表明看法。举例：如图4-6所示的等截面直杆，受轴向力=15KN，=10KN的作用。求出杆件1-1、2-2截面的轴力，并画出轴力图。设计意图1.提高归纳能力。2.使学生对新知充满期待，欲知权威分类方法。活动安排第二课时环节一：剪切挤压变形概念（约15分钟）教师活动学生活动设计意图步骤一：连接实例（教学重点）连接件：铆钉、销钉、螺栓、键等。剪切的受力特点是：构件受到了一对大小相等，方向相反，作用线平行且相距很近的外力。剪切的变形特点是：在力作用线之间的横截面产生了相对错动。学生听讲，了解剪切挤压变形的受力特点及变形特点引入思政话题，安全意识，明确选材料、结构设计对工件的重要性，在工作中要有责任意识环节二：剪切变形的实用计算（约25分钟）教师活动学生活动设计意图步骤一：螺栓单面剪切螺栓或销子双面剪切塑性材料[]＝(0.6～0.8)[]脆性材料[]＝(0.8～1.0)[]剪切面积计算：螺栓杆平键连接学生在老师的引导下，分析计算剪切应力如图所示齿轮用平键与轴连接（图中只画出了轴与键，没有画出齿轮）。已知轴的直径d=70mm，键的尺寸为=mm，传递的扭矩=2，键的许用应力=60MPa,，=100MPa。试校核键的强度。解：首先校核键的剪切强度。将平键沿n—n截面分成两部分，并把n—n以下部分和轴作为一个整体来考虑，如图5-6（b）所示。因为假设在n—n截面上切应力均匀分布，故n—n截面上的剪力为=对轴心取矩，有平衡方程，得故有<学生理解变形与应变的关系。PPT展示。环节三：挤压变形应力实用计算（约10分钟）教师活动学生活动设计意图步骤一：挤压变形的几个概念挤压面-连接件间的相互挤压接触面。挤压应力-挤压面上的应力。挤压破坏-在接触区的局部范围内，产生显著塑性变形挤压面积计算：1.螺栓杆2.平键连接学生自己动手计算，完成任务。图示冲床的最大冲压力为400KN，被冲剪钢板的剪切极限

应力为

，

试求此冲床所能冲剪钢板的最大厚度t。已知

d=34mm。解：剪切面是钢板内被冲头冲出的圆柱体的侧面：冲孔所需要的冲剪力：故

调