第3章拉压_材料力学.ppt

3.7.5 复合材料的力学性能 复合材料：一般是指有两种或两种以上性质不同的材料复合而成的一类多相材料。它在性能上具有所选各材料的优点，克服或减少了各单一材料的弱点 比强度和比模量高 强度和弹性模量与密度的比值分别称为比强度和比模量，是度量材料承载能力的一个重要指标。由于复合材料超轻质、超高强度，因而可使构件重量大大降低。 (2) 抗疲劳性能好 一般材料在交变载荷作用下容易发生疲劳破损，而复合材料抗疲劳性能好，因而可延长构件的使用寿命。 (3) 减震性好 复合材料具有高的自振频率，因而不易引起工作时的共振，这样就可避免因共振而产生的破坏。同时，复合材料的震动阻尼很高，可使振动很快减弱，提高了构件的稳定性。 (4) 破损安全好 对于纤维增强复合材料制成的构件，一旦发生超载出现少量断裂时，载荷会重新迅速地分配到未破坏的纤维上，从而使这类构件不致于在极短的时间内有整体破坏的危险，提高了构件的安全性。 耐热性好 一些复合材料能在高温下保持较高的强度、弹性模量等力学性质，克服了一些金属和合金在高温下强度等性能降低的缺陷。 成型工艺简单灵活及材料结构的可设计性 可用一次成型来制造各种构件，减少了零部件的数目及接头等紧固件，减轻了构件的重量，节省了材料和工时，改善并提高了构件的耐疲劳和稳定性。同时，可根据不同的要求，通过调整复合材料的成分、比例、结构及分配方式和稳定性，来满足构件在不同方面的强度、刚度、耐蚀、耐热等特殊性能的要求，提高了可设计性及功能的复合性。另外，某些复合材料还具有耐腐蚀、耐冲击、耐绝缘性好及特殊的电、磁、光等特性。 轴向拉伸和压缩 3.8.1 极限应力、许用应力和安全系数 塑性材料： 脆性材料： 材料的许用应力：材料安全工作条件下所允许承受的最大应力，记为 材料的极限应力或危险应力 ： 材料丧失正常工作能力时的最小应力 轴向拉伸和压缩 3.8 轴向拉伸与压缩时的强度计算 材料的工作应力：分析计算所得应力。（构件实际应力） 确定安全系数要兼顾经济与安全，考虑以下几方面： ①理论与实际差别：材料非均质连续性、超载、加工制造不准确性、工作条件与实验条件差异、计算模型理想化 ②足够的安全储备：构件与结构的重要性、塑性材料n小、脆性材料n大。 安全系数的取值：安全系数是由多种因素决定的。各种材料在不同工作条件下的安全系数或许用应力，可从有关规范或设计手册中查到。在一般静载下，对于塑件材料通常取为1.5～2.2；对于脆性材料通常取为3.0 ～ 5.0，甚至更大。 轴向拉伸和压缩 2、安全因数----极限应力与许用应力的比值，是构件工作的安全储备。 根据强度条件可进行强度计算： ①强度校核 (判断构件是否破坏) ②选择截面尺寸 (构件截面多大时，才不会破坏) ③确定承载 (构件最大承载能力) [σ]----许用应力 σ0---- 极限应力 n----安全因数 轴向拉伸和压缩 强度条件 3.8.2 拉（压）杆的强度计算 在强度计算时，如工作应力超过许用应力，但超过量在5%以内，则在设计规范中是允许的 例3-9 外径D为32mm，内径d为20mm的空心钢杆，如图所示，设某处有直径d1=5mm的销钉孔，材料为Q235A钢，许用应力[σ]=170MPa，若承受拉力F=60kN，试校核该杆的强度。 解： 未被削弱的圆环面积为 被削弱的面积为 危险截面面积为 强度校核 故此杆安全可靠 例3-10 一悬臂吊车，如图所示。已知起重小车自重为G=5kN，起重量F=15kN，拉杆BC用Q235A钢，许用应力[σ]=170MPa。试选择拉杆直径d。 解：(1) 计算拉杆的轴力, 取B点为研究对象 (2) 选择截面尺寸 可取 d=21mm 轴向拉伸和压缩 例3-11 如图所示，起重机BC杆由绳索AB拉住，若绳索的截面面积为5cm2，材料的许用应力[σ]=40MPa，求起重机能安全吊起的载荷大小。 解：(1) 求绳索所受的拉力FNAB与F的关系。 （2） 根据绳索AB的许用内力求起吊的最大载荷为 即起重机安全起吊的最大载荷为33.4kN 轴向拉伸和压缩 例 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： 杆件横截面上的正应力为: 材料的许用应力为: 可见，工作应力小于许用应力，说明杆件能够安全工作。 F F D d 轴向拉伸和压缩 例 图示吊环，圆截面斜杆AB、AC许用应力[σ]=120MPa，吊环吊重F=500kN，夹角 ，确定斜杆直径 解：