工程力學(xué)材料的拉伸和壓縮

1、第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能第第5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能 5.1 概述概述5.2 材料在拉伸時的力學(xué)性能材料在拉伸時的力學(xué)性能5.3材料在壓縮時的力學(xué)性能材料在壓縮時的力學(xué)性能5.4 軸向拉伸或壓縮時的強(qiáng)度計算軸向拉伸或壓縮時的強(qiáng)度計算第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.1 概概述述5.1 概述概述力學(xué)性能：力學(xué)性能：在外力作用下材料在變形和破壞方面所在外力作用下材料在變形和破壞方面所表現(xiàn)出的特性。表現(xiàn)出的特性。試驗(yàn)條件：試驗(yàn)條件：常溫、靜載常溫、靜載第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料

2、的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.2 材料在拉伸時的力學(xué)性能材料在拉伸時的力學(xué)性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能一、拉伸試驗(yàn)試件一、拉伸試驗(yàn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件：標(biāo)準(zhǔn)試件：橫截面直徑橫截面直徑d標(biāo)距標(biāo)距l(xiāng)第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能二二 低碳鋼拉伸時的力學(xué)性低碳鋼拉伸時的力學(xué)性能能拉伸圖拉伸圖應(yīng)力應(yīng)變曲線圖應(yīng)力應(yīng)變曲線圖第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.2

3、 材料在拉伸材料在拉伸時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能拉拉伸伸圖圖第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能1、彈性階段彈性階段ob 彈性變形：彈性極限彈性變形：彈性極限e 斜直線斜直線oa:oabcefPesb E E 彈性模量彈性模量比例極限比例極限p tg E2、屈服階段屈服階段bc屈服極限屈服極限s3、強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段ce：強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限b4、局部徑縮階段局部徑縮階段ef 出現(xiàn)出現(xiàn)450條紋：滑移線條紋：滑移線 主要為塑性變形。主要為塑性變形。 應(yīng)力不增加，應(yīng)變不應(yīng)力不增加，應(yīng)變不斷增加。斷增加。第第5 5章章 材料的

4、拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能兩個塑性指標(biāo)兩個塑性指標(biāo):%100001lll伸長率伸長率:截面收縮率截面收縮率:%100010AAA%5為塑性材料為塑性材料,%5為脆性材料為脆性材料0低碳鋼的低碳鋼的%3020%60為塑性材料為塑性材料第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能卸載定律及冷作硬化卸載定律及冷作硬化1 彈性范圍內(nèi)卸載、再加載彈性范圍內(nèi)卸載、再加載oabcefPesb2 過彈性范圍卸載、再加載過彈性范圍卸載、再加載ddghf 即材料在卸載過程中應(yīng)

5、即材料在卸載過程中應(yīng)力和應(yīng)變是線形關(guān)系，這力和應(yīng)變是線形關(guān)系，這就是卸載定律。就是卸載定律。 材料的比例極限增高，延材料的比例極限增高，延伸率降低，稱之為冷作硬化伸率降低，稱之為冷作硬化或加工硬化?；蚣庸び不５诘? 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能三三 其它材料拉伸時的力學(xué)性質(zhì)其它材料拉伸時的力學(xué)性質(zhì) 對于沒有明顯屈對于沒有明顯屈服階段的塑性材料，服階段的塑性材料，用名義屈服極限用名義屈服極限0.2來表示。來表示。o%2 . 02 . 0第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.2 材料在拉

6、伸材料在拉伸時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能o1.沒有明顯的直線階段，應(yīng)力應(yīng)變曲線為微彎的曲線。沒有明顯的直線階段，應(yīng)力應(yīng)變曲線為微彎的曲線。四、鑄鐵拉伸時的力學(xué)性能四、鑄鐵拉伸時的力學(xué)性能2.沒有明顯的塑性變形，變形很小，為典型的脆性材料。沒有明顯的塑性變形，變形很小，為典型的脆性材料。 3.沒有屈服和頸縮現(xiàn)象，試件突然拉斷。沒有屈服和頸縮現(xiàn)象，試件突然拉斷。 強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限b: 拉斷時的最大應(yīng)力。拉斷時的最大應(yīng)力。b 第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.3 材料在壓縮材料在壓縮時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能5.3 材料在壓縮時的力學(xué)性能材料在壓縮時的力學(xué)性能一、壓縮試驗(yàn)

7、試件一、壓縮試驗(yàn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件：標(biāo)準(zhǔn)試件：橫截面直徑橫截面直徑d柱高柱高h(yuǎn)第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.3 材料在壓縮材料在壓縮時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能比例極限比例極限p、屈服極限、屈服極限s、彈性模量、彈性模量E 與拉伸時相同與拉伸時相同強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限b測不出。測不出。 s O二、低碳鋼壓縮時的力學(xué)性能二、低碳鋼壓縮時的力學(xué)性能第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.3 材料在壓縮材料在壓縮時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能三、鑄鐵壓縮時的力學(xué)性能三、鑄鐵壓縮時的力學(xué)性能鑄鐵的抗壓強(qiáng)度比它的抗拉強(qiáng)度高鑄鐵的抗壓強(qiáng)度比它的抗拉強(qiáng)度高4-5

8、倍。倍。450斜截面破壞。斜截面破壞。128102467006005004003002001000第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.3 材料在壓縮材料在壓縮時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.3 材料在壓縮材料在壓縮時的力學(xué)性能時的力學(xué)性能討論題討論題強(qiáng)度高的曲線為強(qiáng)度高的曲線為剛度大的曲線為剛度大的曲線為塑性好的曲線為塑性好的曲線為123123 第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.4 軸向拉伸或壓軸向拉伸或壓縮時的強(qiáng)度計算縮時的強(qiáng)度計算極限應(yīng)力極限應(yīng)力(ultimate

9、stress ):構(gòu)件失效時的應(yīng)力。構(gòu)件失效時的應(yīng)力。一、許用應(yīng)力一、許用應(yīng)力失效失效：構(gòu)件在外力作用下不能正常安全地工作。：構(gòu)件在外力作用下不能正常安全地工作。強(qiáng)度破壞強(qiáng)度破壞剛度破壞剛度破壞穩(wěn)定性破壞穩(wěn)定性破壞塑性材料：塑性材料：脆性材料：脆性材料：s b 許用應(yīng)力許用應(yīng)力 ssn bbn 極限應(yīng)力極限應(yīng)力:bsnn 、安全因數(shù)。安全因數(shù)。5.4 軸向拉伸或壓縮時的強(qiáng)度計算軸向拉伸或壓縮時的強(qiáng)度計算第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.4 軸向拉伸或壓軸向拉伸或壓縮時的強(qiáng)度計算縮時的強(qiáng)度計算2 設(shè)計截面：設(shè)計截面：1 強(qiáng)度校核：強(qiáng)度校核：3 確定許可載荷：確定

10、許可載荷： 應(yīng)用：應(yīng)用：二、強(qiáng)度條件二、強(qiáng)度條件 max等直桿：等直桿： ANmaxmax ANmaxmax maxNA AN max 安全經(jīng)濟(jì)的原則：安全經(jīng)濟(jì)的原則：max不超過不超過的的5%。第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.4 軸向拉伸或壓軸向拉伸或壓縮時的強(qiáng)度計算縮時的強(qiáng)度計算例例5-1 鑄工車間吊運(yùn)鐵水包的吊桿的橫截面為矩形，尺寸鑄工車間吊運(yùn)鐵水包的吊桿的橫截面為矩形，尺寸b=50mm，h=25mm，如圖所示，吊桿的許用應(yīng)力為，如圖所示，吊桿的許用應(yīng)力為80MPa。鐵水包自重為鐵水包自重為8kN，最多能容，最多能容30kN重的鐵水。試校核吊桿的重的鐵

11、水。試校核吊桿的強(qiáng)度。強(qiáng)度。 解解: 1 計算吊桿的軸力計算吊桿的軸力: kN19)830(212PFmaxN 2 校核強(qiáng)度校核強(qiáng)度 MPa2 .151050251019AF63Nmaxmax 所以吊桿滿足強(qiáng)度條件。所以吊桿滿足強(qiáng)度條件。第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.4 軸向拉伸或壓軸向拉伸或壓縮時的強(qiáng)度計算縮時的強(qiáng)度計算例例5-2 已知一圓桿受拉力已知一圓桿受拉力P =25kN，直徑，直徑 d =14mm，許用，許用應(yīng)力應(yīng)力 =160MPa，試校核此桿是否滿足強(qiáng)度要求。，試校核此桿是否滿足強(qiáng)度要求。解：解：1 軸力：軸力：FN = P =25KNMPa1

12、62014.014.310254d P4AF232Nmax 2 應(yīng)力：應(yīng)力：3 強(qiáng)度校核：強(qiáng)度校核：4 結(jié)論：此桿滿足強(qiáng)度要求，能夠正常工作。結(jié)論：此桿滿足強(qiáng)度要求，能夠正常工作。 max %5%5 . 1160160162 max 但但第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.4 軸向拉伸或壓軸向拉伸或壓縮時的強(qiáng)度計算縮時的強(qiáng)度計算例例5-3 如圖為簡易吊車，如圖為簡易吊車，AB和和BC均為圓形鋼桿，已知均為圓形鋼桿，已知d1=36mm,d2=25mm, 鋼的許用應(yīng)力鋼的許用應(yīng)力=100MPa。試確定吊。試確定吊車的最大許可起重量。車的最大許可起重量。 解：解：1

13、計算桿計算桿AB、BC的軸力的軸力 :0 X:0 Y 2 求許可載荷求許可載荷 030cosFF1N2N 0W60cosF1N WFN21AFmaxN WFN32第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.4 軸向拉伸或壓軸向拉伸或壓縮時的強(qiáng)度計算縮時的強(qiáng)度計算當(dāng)當(dāng)AB桿達(dá)到許用應(yīng)力時桿達(dá)到許用應(yīng)力時 當(dāng)當(dāng)BC桿達(dá)到許用應(yīng)力時桿達(dá)到許用應(yīng)力時 因此該吊車的最大許可載荷只能為因此該吊車的最大許可載荷只能為W=28.3kN。 4dAF211maxN kNdFWN9 .508101001036 82166221maxmax4dAF222maxN kNdFWN3 .283410100102534366222max2max第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能5.4 軸向拉伸或壓軸向拉伸或壓縮時的強(qiáng)度計算縮時的強(qiáng)度計算例例5-4 D=350mm，p=1MPa。螺栓。螺栓 =40MPa，求直徑，求直徑d。pDF24