第5章-材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能

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(shí)的力學(xué)性能材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能5.3材料在壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料在壓縮時(shí)的力學(xué)性能5.4 軸向拉伸或壓縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算軸向拉伸或壓縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)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 概述概述1.材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能：材料在外力作用下所呈現(xiàn)的有關(guān)強(qiáng)度、變形方面的特性?；蛘呤侵覆牧?試樣)在外力作用 下表現(xiàn)出的變形、破壞等方面的特性(行為)。一般由實(shí) 驗(yàn)測(cè)定。強(qiáng)度特性，變形特性，塑性特性2.試試 驗(yàn)

2、條件驗(yàn)條件：常溫(20)；靜載（及其緩慢地加載）； 標(biāo)準(zhǔn)試件。 GB2282002金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法 GB158679金屬材料楊氏模量測(cè)量方法第第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 材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能時(shí)的力學(xué)性能一、一、拉伸試驗(yàn)試件拉伸試驗(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(shí)的力學(xué)性能時(shí)的力學(xué)性能試驗(yàn)儀器：試驗(yàn)儀器：萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)第第5 5章章 材料的拉伸和壓縮力學(xué)

3、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(shí)的力學(xué)性能時(shí)的力學(xué)性能二二 低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性能能拉伸圖拉伸圖應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)圖應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)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(shí)的力學(xué)性能時(shí)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(shí)的力學(xué)性能時(shí)的力學(xué)性能oabcefPesb1、彈性階段彈性階段ob 彈性變形：彈性變形： 彈性極限彈性極限e 斜直線(xiàn)斜直線(xiàn)oa: E E 彈性模量彈性模量比例極限比例極限p tg E第第5 5章章 材料的拉伸

4、和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能oabcefPesb2、屈服階段屈服階段bc屈服極限屈服極限s 出現(xiàn)出現(xiàn)450條紋：滑移線(xiàn)條紋：滑移線(xiàn) 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 材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能oabcefPesb3、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(shí)的力學(xué)性能時(shí)的力學(xué)性能兩個(gè)塑性指標(biāo)兩個(gè)塑性指標(biāo):%100001lll伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率:截面收縮率截面收縮率:%100010

5、AAA%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(shí)的力學(xué)性能時(shí)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(guò)彈性范圍卸載、再加載過(guò)彈性范圍卸載、再加載ddghf 即材料在卸載過(guò)程中應(yīng)即材料在卸載過(guò)程中應(yīng)力和應(yīng)變是線(xiàn)性關(guān)系，這力和應(yīng)變是線(xiàn)性關(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(chēng)之為冷作硬化伸率降低，稱(chēng)之為冷作硬化或加

6、工硬化?；蚣庸び不?。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(shí)的力學(xué)性能時(shí)的力學(xué)性能三三 其它材料拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)其它材料拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 對(duì)于沒(méi)有明顯屈對(duì)于沒(méi)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(lái)表示。來(lái)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 材料在拉伸材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能時(shí)的力學(xué)性能o1.沒(méi)有明顯的直線(xiàn)階段，應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)為微彎的曲線(xiàn)。沒(méi)有明顯的直線(xiàn)階段，應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)為微彎的曲線(xiàn)。四、鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性能四、鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性能2.沒(méi)有

7、明顯的塑性變形，變形很小，為典型的脆性材料。沒(méi)有明顯的塑性變形，變形很小，為典型的脆性材料。 3.沒(méi)有屈服和頸縮現(xiàn)象，試件突然拉斷。沒(méi)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(shí)的最大應(yīng)力。拉斷時(shí)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(shí)的力學(xué)性能時(shí)的力學(xué)性能5.3 材料在壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料在壓縮時(shí)的力學(xué)性能一、壓縮試驗(yàn)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(shí)的力學(xué)性能時(shí)的力學(xué)性能比

8、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(shí)相同與拉伸時(shí)相同強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限b測(cè)不出。測(cè)不出。 s O二、低碳鋼壓縮時(shí)的力學(xué)性能二、低碳鋼壓縮時(shí)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(shí)的力學(xué)性能時(shí)的力學(xué)性能三、鑄鐵壓縮時(shí)的力學(xué)性能三、鑄鐵壓縮時(shí)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

9、時(shí)的力學(xué)性能時(shí)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(shí)的力學(xué)性能時(shí)的力學(xué)性能討論題討論題強(qiáng)度高的曲線(xiàn)為強(qiáng)度高的曲線(xiàn)為剛度大的曲線(xiàn)為剛度大的曲線(xiàn)為塑性好的曲線(xiàn)為塑性好的曲線(xiàn)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(shí)的強(qiáng)度計(jì)算縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算極限應(yīng)力極限應(yīng)力(ultimate stress ):構(gòu)件失效時(shí)的應(yīng)力。構(gòu)件失效時(shí)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

10、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(shí)的強(qiáng)度計(jì)算軸向拉伸或壓縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)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(shí)的強(qiáng)度計(jì)算縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算2 設(shè)計(jì)截面：設(shè)計(jì)截面：1 強(qiáng)度校核：強(qiáng)度校核：3 確定許可載荷：確定許可載荷： 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(guò)不超過(guò)的的

11、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(shí)的強(qiáng)度計(jì)算縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算例例5-1 鑄工車(chē)間吊運(yùn)鐵水包的吊桿的橫截面為矩形，尺寸鑄工車(chē)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水。試校核吊桿的強(qiáng)度。強(qiáng)度。 解解: 1 計(jì)算吊桿的軸力計(jì)算吊桿的軸力: kN19)830(212PFmaxN 2 校核強(qiáng)度校核強(qiáng)度 MPa2 .151050251019AF63Nmaxma

12、x 所以吊桿滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。所以吊桿滿(mǎn)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(shí)的強(qiáng)度計(jì)算縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)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(mǎn)足強(qiáng)度要求。，試校核此桿是否滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。解：解：1 軸力：軸力：FN = P =25KNMPa162014.014.310254d 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(mǎn)足強(qiáng)度要求，能夠正常工作。結(jié)論：此桿滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，能夠正常工作。 max

13、%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(shí)的強(qiáng)度計(jì)算縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算例例5-3 如圖為簡(jiǎn)易吊車(chē)，如圖為簡(jiǎn)易吊車(chē)，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(chē)的最大許可起重量。車(chē)的最大許可起重量。 解：解：1 計(jì)算桿計(jì)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

14、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(shí)的強(qiáng)度計(jì)算縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算按按AB桿的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算桿的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算 按按BC桿的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算桿的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算 因此該吊車(chē)的最大許可載荷只能為因此該吊車(chē)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(shí)的強(qiáng)度計(jì)算縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算例例5-4 D=350

15、mm，p=1MPa。螺栓。螺栓 =40MPa，求直徑，求直徑d。pDF24 每個(gè)螺栓承受的軸力為總壓力的每個(gè)螺栓承受的軸力為總壓力的1/6解：解： 油缸蓋受到的力油缸蓋受到的力根據(jù)強(qiáng)度條件根據(jù)強(qiáng)度條件 AFNmax 22.6mm104061035. 066622 pDd即螺栓的軸力為即螺栓的軸力為pDFFN2246 NFA得得 24422pDd即即螺栓的直徑螺栓的直徑Dp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)性能例例5-5圖示三角形托架圖示三角形托架,其桿其桿AB是由兩根等邊角鋼組成。已知是由兩根等邊角鋼組成。已知P=75kN, =160MPa, 試選擇等邊角鋼的型號(hào)試選

16、擇等邊角鋼的型號(hào)。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)性能解：解：由得MNPCAB075,:kNANAB 75101601036468710468742.mcm2選邊厚為的 號(hào)等邊角鋼 其342359mmcm2,.A 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 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5.5 拉拉( (壓壓) )桿的彈性應(yīng)變能桿的彈性應(yīng)變能一一、彈性應(yīng)變能彈性應(yīng)變能在外力作用下，彈性體因變形而儲(chǔ)存的能量， 稱(chēng)為應(yīng)變能（Strain Energy），用“U”表示。二、二、 拉壓桿的應(yīng)變能計(jì)算功能原理拉壓桿的應(yīng)變能

17、計(jì)算功能原理 不計(jì)能量損耗時(shí)，外力功等于應(yīng)變能第第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)性能變形能：變形能：外力功外力功 =LLdPW0/)(功能原理功能原理UW 當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)pLPW21EALP22EALPU22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)性能三、三、 拉壓桿的比能拉壓桿的比能 u111222UP lPluVAlA l 單位體積內(nèi)的應(yīng)變能LAEALAPU212122V21EEu2212122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)性能四四. 利用功能原理求桿件的變形或某點(diǎn)的位移利用功能原理求桿件的變形或某點(diǎn)的位移適用于：適用于

18、： 1）線(xiàn)彈性范圍）線(xiàn)彈性范圍2）結(jié)構(gòu)上只有一個(gè)外主動(dòng)力作用，）結(jié)構(gòu)上只有一個(gè)外主動(dòng)力作用，求其作用點(diǎn)沿作用線(xiàn)方向的位移。求其作用點(diǎn)沿作用線(xiàn)方向的位移。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kN55.113/PT解：能量法：外力功等于變形能 （1）求鋼索內(nèi)力：以ABD為對(duì)象：060sin6 . 12 . 18 . 060sinooATPTm 設(shè)橫梁ABCD為剛梁，橫截面面積為 76.36mm 的鋼索繞過(guò)無(wú)摩擦的定滑輪。設(shè) P=20kN，試求剛索的應(yīng)力和 C點(diǎn)的垂直位移。設(shè)剛索的 E =177GPa。800400400CPAB60 60PABCDTTYAXA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2222CPT LEA22211.551.6 220 17776.36 0.79mmCT LPEA MPa1511036.7655.119AT（2) 鋼索的應(yīng)力為：（3) C點(diǎn)位移為：800400400CPAB60 60能量法能量法：利用應(yīng)變能的概念解決與：利用應(yīng)變能的概念解決與結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件的彈性變形有關(guān)的問(wèn)結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件的彈性變形有關(guān)的問(wèn)題，這種方法稱(chēng)為能量法題，這種方法稱(chēng)為能量