工程力学基础 第二章 轴向拉伸与压缩.ppt

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工程力学基础 第二章 轴向拉伸与压缩

第2章 轴向拉伸和压缩 §2-1 轴向拉伸和压缩的概念 弹性变形和塑性变形 弹性变形 受力后产生的变形在撤除外力后能完全消失 塑性变形 撤除外力后不能消失的变形称为塑性变形,又称为永久变形和残余变形。 §2-2 轴向拉伸和压缩时的内力与应力 拉、压杆的内力与应力 轴向拉伸构件---拉杆 1.轴向拉压杆举例 2 .截面法与轴力 为了分析拉压杆的强度和变形,首先需要了解杆的内力情况 材料力学中,采用截面法研究杆的内力 3.硬度及冲击韧性 1)硬度概念 硬度是材料抵抗较硬物质压入的能力,即材料塑性变形的抵抗能力。工程上常采用布氏硬度和洛氏硬度。 一般材料硬度愈高,强度和耐磨性越高,但塑性较低。 布氏硬度和洛氏硬度 布氏硬度 其测定方法是用压头压入材料表面。载荷F与压痕面积A之商即为布氏硬度。 常用HBS(压头为钢球时)和HBW(压头为硬质合金)表示 多用于测硬度较低材料(HBS450) 洛氏硬度 由压入处的塑性变形深度h决定,可直接由洛氏硬度计读出。 常用HRC(压头为金刚石锥体)、HRB(用小钢球)和HRA表示 多用于测硬度较高材料(HBS450) 试件压痕球面面积A所承受的平均压力表示材料的硬度值,称为布氏硬度。用HB表示。 b、洛氏硬度 洛氏硬度用HR表示 2)冲击韧性 衡量材料抵抗冲击断裂能力的性能指标叫做冲击韧性。用冲断试件消耗的功W与试件缺口处断面积A之比值表示。材料冲击韧性越高,代表其抗冲击破坏的能力越大。计算式 a E=tga 低碳钢拉伸 应力应变曲线 D(ss下) (se) B C(ss上) A(sp) E(sb) g a Ey= tga s (MPa) 200 400 e 0.1 0.2 O 低碳钢压缩 应力应变曲线 s e O s bL 灰铸铁的 拉伸曲线 s by 灰铸铁的 压缩曲线 a a = 45o~55o 剪应力引起断裂 2.塑性材料和脆性材料力学性能比较 塑性材料 脆性材料 断裂前有很大塑性变形 断裂前变形很小 抗压能力与抗拉能力相近 抗压能力远大于抗拉能力 延伸率 δ 5% 延伸率 δ 5% 可承受冲击载荷,适合于锻压和冷加工 适合于做基础构件或外壳 材料的塑性和脆性会因为制造方法工艺条件的改变而改变 D——钢球直径 d——压痕直径 h ——压痕深度 a?布氏硬度 h —— 位置压入深度之差; n —— 常数,取值0?002mm; c —— 常数, §2-4. 拉(压)杆的强度计算 1、材料的极限应力 塑性材料为屈服极限 脆性材料为强度极限 材料的极限应力是指保证正常工作条件下,该材料所能承受的最大应力值。 所谓正常工作,一是不变形,二是不破坏。 屈服极限 强度极限 A3 钢: 235 MPa 372-392 MPa 35 钢: 314 529 45 钢: 353 598 16Mn: 343 510 2、工作应力 ? 工程实际中是否允许 不允许! 前面讨论杆件轴向拉压时截面的应力是构件的实际应力——工作应力。 工作应力仅取决于外力和构件的几何尺寸。只要外力和构件几何尺寸相同,不同材料做成的构件的工作应力是相同的。 对于同样的工作应力,为什麽有的构件破坏、有的不破坏?显然这与材料的性质有关。 原因: # 实际与理想不相符 生产过程、工艺不可能完全符合要求 对外部条件估计不足 数学模型经过简化 某些不可预测的因素 # 构件必须适应工作条件的变化,要有强度储备 # 考虑安全因素 许用应力 一般来讲 因为断裂破坏比屈服破坏更危险 3、许用应力 4、强度条件 工作应力 轴力 横截面积 材料的许用应力 5、强度条件的工程应用 # 已知载荷N 和横截面面积 A,可以校核强度 # 已知 N 和 [σ],可以设计构件的 截面A(几何形状) # 已知A和[σ],可以确定许用载荷 (N?P) 三个方面的应用 举例 例4 上料小车,每根钢丝绳的拉力Q=105kN,拉杆的面积A=60?100mm2 材 料为Q235钢,安全系数n=4。试校核拉杆的强度。 N N 由于钢丝绳的作用,拉杆轴向受拉,每根拉杆的轴力 横截面积 根据强度条件,有 查表,Q235号钢的屈服极限为 许用应力 拉杆符合强度要求 例5 这是一个设计拉杆截面的问题,根据 首先需要计算拉杆的轴力 对结构作受力分析,利用静力平衡条件求出最大轴力 G + Q NBC NBA 最大轴力出现在点葫芦位于B 求圆钢杆BC 的直径 可以选取 * * 可变形固体的若干概念 a、杆件 材料力学主要研究杆件 横向尺寸远小于纵向尺寸的构件 横截面 轴线 截面形心 机件正常工作时

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