机械设计基础项目三 材料力学.ppt

情景一 轴向拉伸与压缩 一、轴向拉伸压缩的概念 图3-1 旋臂式吊车 图3-2紧固螺栓 二、 轴向拉伸或压缩时的内力分析 用截面法分析轴向拉伸(或压缩)杆件(图3-6a)的内力，其步骤如下： 1)欲求某一截面处m-m处的内力时，就沿该截面假想地把杆件切开使其分为两部分(图3-6a)。 2)任取其中一部分(例如左段，如图3-6b)作为研究对象，弃去右段。 3)杆件原来在外力的作用下处于平衡状态，则选取部分仍应保持平衡。因此，左段除外力作用外，在截面m-m处必定产生右段对左段的作用力。 图3-6 截面法分析 三、轴力图 为了表明横截面上的轴力沿轴线变化的情况，可按选定的比例尺，以平行于杆轴线的坐标表示横截面所在的位置，以垂直于杆轴线的坐标表示横截面上轴力的数值，这样绘出的图形称为轴力图。 四、横截面上的应力 五、材料在拉伸与压缩时的力学性能 1、材料拉伸时的力学性能 图3－10低碳钢拉伸P-△l曲线 2、材料压缩时的力学性能 图3-12低碳钢压缩时的 曲线 图3-13铸铁压缩时的 曲线 情景二 剪切与挤压 一、 剪切的概念 在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-14a)，构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(面)发生相对错动(图3-14b)。 图3-14 剪切 二、剪切和挤压的强度计算 1、剪切强度计算 2、挤压强度计算 一般情况下，联接件在承受剪切作用的同时，在联接件与被联接件之间传递压力的接触面上还发生局部受压的现象，称为挤压。 情景三 圆轴扭转 一、 圆轴扭转的概念 驾驶汽车时，司机加在方向盘上两个大小相等、方向相反的切向力， 它们在垂直于操纵杆轴线的平面内组成一力偶，如图3-17所示。同时，操纵杆下端则受到一转向相反的阻力偶的作用。在这两个力偶作用下，操纵杆产生扭转变形。 图3-17 汽车方向盘的受力图 二、外力偶矩的计算 工程中，对于作用于轴的外力偶矩一般不直接给出，通常是根据轴传递的功率和轴的转速算出。功率、转速和外力偶矩之间的换算关系为： 三、转矩与转矩图 为了确定扭转时横截面上的内力，仍采用截面法。图3-19a）为处于平衡状态下的两端垂直于轴线平面内受一对等值、反向的外力偶作用的圆轴。 图3-19截面法求扭矩 四、圆轴扭转时的应力 为了掌握圆轴扭转的变形规律和横截面上的应力的分布，如图3-22(a)所示，图中为一段等截面直轴，在其表面上的纵向和圆周线形成若干矩形格子。 当它左右两端各作用一对旋向方向相反的外力偶时，轴产生了扭转变形，如3-22(b)所示。其特点为：(1)所有圆周线的形状、大小以及间距均无变化，只是绕轴线旋转一定的角度；(2)所有纵向线都倾斜了同一角度，致使原来的的矩形格子变成了平行四边形。 图3-22圆轴的扭转变形 （a） （b） 如图3-23所示，剪应力的分布规律为截面上某点的剪应力大小与该点到圆心的距离成正比，圆心处的剪应力为零，圆周上剪应力最大，即： 图3-23应力分布 五、扭转强度条件与刚度条件 1、扭转强度条件圆轴扭转时，要保证其正常工作，必须使基最大切应力不超过许用切应力，即扭转强度条件为： 2、扭转刚度条件 扭转变形的标志是两个截面之间绕轴线的相对转角即扭转角。对于两端受外力偶作用的等截面圆轴，在轴长l范围内，T与都是常量，其扭转角为： 情景四 梁弯曲变形 一、平面弯曲的概念及梁的基本形式 1、平面弯曲的概念 2、梁的几种基本形式 工程中对于单跨静定梁按其支座情况分为下列三种形式： （1)悬臂梁 梁的一端为固定端，另一端为自由端(图3-25a)。 （2)简支梁 梁的一端为固定铰支座，另一端为可动铰支座(图3-25b)。 （3)外伸梁 梁的一端或两端伸出支座的简支梁(图3-25c)。