工程力学 课件 4拉伸与压缩.ppt

*有一些超静定问题是可以求解的。**我们的第一个实验材料力学性能的比较：分为拉伸实验，拉伸低碳钢和铸铁；还有压缩实验，压缩铸铁和陶瓷。*做拉伸实验的试件如图所示：中间的等值段称为工作段，两端加粗便于夹持。不同材料在力的作用下表现出的力学性能，以及同一种材料在不同载荷作用下表现出来的力学性能都是不一样的。不同材料在拉伸时表现出的力学性能：1)拉压弹性模量。2）泊松比。3）各种强度极限。*应力、应变曲线；力和变形之间的关系。*从应力和应变曲线图可以看出，塑性材料在拉伸的过程中明显分为了四个阶段：弹性阶段：斜直线部分+微弯曲线部分（OB段），斜直线部分表示力与变形满足正比关系。整个弹性阶段物体发生的是弹性变形。屈服阶段：外载荷并未明显增加而物体的变形非常的明显。上屈服极限不稳定通常用下屈服极限表示物体的屈服极限。强化阶段：重新排列的晶格又重新具有了抵抗变形的能力。径缩阶段：试件的截面明显变细，又称为局部变形阶段。*描述塑性的两个重要指标：延伸率或伸长率和断面收缩率。延伸率：试件断裂后的标距长度减去原标距长度，在除以原标距长度的百分比。断面收缩率：原横截面积和试件拉断后在径缩处对应的最小横截面积的差，除以原横截面积的百分比。延伸率达大于5%为塑性材料，小于5%为脆性材料。低碳钢的延伸率为20-30%，断面收缩率为60%左右，所以是典型的塑性材料，*在材料的弹性范围内卸载再加载，材料不会发生塑性变形。超过弹性范围卸载再加载，得到的曲线dd是一条与oa平行的直线，可以看到比例极限提高了、拉断后的变形减小了。这种现象称为冷作硬化。冷作硬化提高了材料的比例极限、降低了材料的塑性，这一特性在工程上得到了广泛的应用。例如：起重机的钢缆利用冷拔工艺，提高其在弹性范围内的最大载荷。*锰钢、硬铝、退火求墨铸铁和青铜在拉伸过程中没有明显的屈服过程。很多塑性材料在拉伸过程中没有明显的屈服阶段，我们用它发生0.2%塑性变形时的强度极限作为它的屈服极限，称为名义屈服极限。*作为典型的脆性材料，铸铁在拉伸时的应力、应变曲线如图所示：是一条微弯的直线。拉伸时的应力和变形都很小。*压缩实验的试件是一个小圆柱体，*作为塑性材料的低碳钢，在压缩的时候压成饼也不会发生断裂。拉伸和压缩时的应力、应变曲线相似。*作为脆性材料的铸铁压缩时的力学性能和拉伸时明显不同。压缩时的强度极限远大于拉伸时的强度极限。拉伸时的强度极限约为：140MPa。压缩时的强度极限：600MPa以上。这是塑性材料和脆性材料的显著区别。机床的床身大多采用铸铁作为材料。*塑性材料达到屈服极限时，产生了较大的塑性变形，已经不能正常工作了。例如：齿轮的轮齿产生塑性变形便不能很好的啮合。对于塑性材料来说，屈服极限就是极限应力。对于脆性材料来说，当达到强度极限时发生断裂破坏。强度极限就是极限应力。Ns和Nb分别是按材料的屈服极限和强度极限规定的安全系数。影响安全系数的因素主要有：1）计算的方法；2）材料及其均匀性；3）构件的重要程度；4）构件的工作条件等。*一、材料拉伸时的力学性质二低碳钢的拉伸明显的四个阶段1、弹性阶段ob比例极限弹性极限2、屈服阶段bc（失去抵抗变形的能力）屈服极限3、强化阶段ce（恢复抵抗变形的能力）强度极限4、局部径缩阶段ef一、材料拉伸时的力学性质两个塑性指标:延伸率断面收缩率为塑性材料为脆性材料低碳钢的为塑性材料一、材料拉伸时的力学性质三卸载定律及冷作硬化1、弹性范围内卸载、再加载2、过弹性范围卸载、再加载即材料在卸载过程中应力和应变是线性关系，这就是卸载定律。材料的比例极限增高，延伸率降低，称之为冷作硬化或加工硬化。一、材料拉伸时的力学性质四其它材料拉伸时的力学性质对于没有明显屈服阶段的塑性材料，用名义屈服极限σ0.2来表示。一、材料拉伸时的力学性质对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现象，试件突然拉断。断后伸长率约为0.5%。为典型的脆性材料。σl—拉伸强度极限（约为140MPa）。它是衡量脆性材料（铸铁）拉伸的唯一强度指标。一、材料拉伸时的力学性质一试件和实验条件常温、静载二、材料压缩时的力学性质二塑性材料（低碳钢）的压缩屈服极限比例极限弹性极限拉伸与压缩在屈服阶段以前完全相同。E---弹性摸量二、材料压缩时的力学性质三脆性材料（铸铁）的压缩脆性材料的抗拉与抗压性质不完全相同压缩时的强度极限远大于拉伸时的强度极限二