第二章軸向拉伸與壓縮變形課件

上一講回顧變形強(qiáng)度準(zhǔn)則外力拉壓桿外力特征，變形特征內(nèi)力軸力截面法設(shè)正法應(yīng)力橫截面斜截面圣維南原理應(yīng)變材料性能低碳鋼(4,3,2,1)鑄鐵1上一講回顧變形強(qiáng)度準(zhǔn)則外力拉壓桿外力特征，變形特征內(nèi)力軸力應(yīng)§2-5應(yīng)力集中的概念第二章軸向拉伸與壓縮§2-6許用應(yīng)力與強(qiáng)度條件§2-7胡克定律與拉壓桿的變形§2-8桁架的節(jié)點(diǎn)位移2§2-5應(yīng)力集中的概念第二章軸向拉伸與壓縮§2-6一、應(yīng)力集中的概念§2-5應(yīng)力集中的概念3一、應(yīng)力集中的概念§2-5應(yīng)力集中的概念3smax－最大局部應(yīng)力

K

－應(yīng)力集中因素思考：A－A截面上的正應(yīng)力？應(yīng)力集中因數(shù)sn－名義應(yīng)力b:板寬d:孔徑δ:板厚應(yīng)力集中：由于截面急劇變化所引起的應(yīng)力局部增大現(xiàn)象。實(shí)際應(yīng)力4smax－最大局部應(yīng)力思考：A－A截面上的正應(yīng)力？應(yīng)力集中因應(yīng)力集中系數(shù)K（查表）5應(yīng)力集中系數(shù)K（查表）5思考：下面受力桿件，哪個(gè)截面上的應(yīng)力可以采用公式計(jì)算?qh2h/31234答：26思考：qh2h/31234答：26二、應(yīng)力集中對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度的影響脆性材料：在smax＝sb處首先破壞。塑性材料：應(yīng)力分布均勻化。靜載荷作用的強(qiáng)度問(wèn)題結(jié)論塑性材料的靜強(qiáng)度問(wèn)題可不考慮應(yīng)力集中，脆性材料的強(qiáng)度問(wèn)題需考慮應(yīng)力集中，所有材料的疲勞強(qiáng)度問(wèn)題需考慮應(yīng)力集中。7二、應(yīng)力集中對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度的影響脆性材料：在smax＝sb處首飛機(jī)的窗戶1954年，英國(guó)海外航空公司的兩架“彗星”號(hào)大型噴氣式客機(jī)接連失事，通過(guò)對(duì)飛機(jī)殘骸的打撈分析發(fā)現(xiàn)，失事的原因是由于氣密艙窗口處鉚釘孔邊緣的微小裂紋發(fā)展所致，而這個(gè)鉚釘孔的直徑僅為3.175mm。8飛機(jī)的窗戶1954年，英國(guó)海外航空公司的兩架“彗星”號(hào)大型噴1984年，中國(guó)一大型鋼廠從西歐某國(guó)引進(jìn)價(jià)值2千多萬(wàn)元人民幣的精密鍛壓機(jī)發(fā)生曲軸斷裂。經(jīng)過(guò)鋼廠的工程技術(shù)人員和高校的力學(xué)工作者通力合作，找到了事故原因：曲軸的彎曲處過(guò)渡圓角尺寸過(guò)小，造成局部應(yīng)力集中；加上該處材料微觀組織上的加工缺陷(表面上的細(xì)小刀痕)，在交變載荷作用下最終導(dǎo)致曲軸斷裂。

應(yīng)力集中的應(yīng)用：1.易拉罐小拉片周圍的細(xì)長(zhǎng)卵形刻痕

2.塑料包裝袋封口附件的缺口或切縫

3.金剛石刀裁玻璃4.…….標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件91984年，中國(guó)一大型鋼廠從西歐某國(guó)引進(jìn)價(jià)值2千多萬(wàn)元人民幣一、失效與許用應(yīng)力§2-6許用應(yīng)力與強(qiáng)度條件失效：斷裂、出現(xiàn)顯著的塑性變形,使材料不能正常工作。極限應(yīng)力：強(qiáng)度極限（脆性材料） 屈服應(yīng)力（塑性材料）工作應(yīng)力：構(gòu)件實(shí)際承載所引起的應(yīng)力。許用應(yīng)力：工作應(yīng)力的最大容許值n－安全因數(shù)(子)，n>1一般工程中ns=1.5~2.2，nb=3.0~5.0安全因數(shù)的來(lái)歷：幾何尺寸、載荷條件與材料缺陷。10一、失效與許用應(yīng)力§2-6許用應(yīng)力與強(qiáng)度條件失效：斷裂、二、強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件：保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不致因強(qiáng)度不夠而破壞的條件。等截面桿：變截面桿：拉壓桿強(qiáng)度條件：拉/壓載荷下的強(qiáng)度條件可能有所不同(因材料而異)11二、強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件：保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不致因強(qiáng)度不夠而破壞的條三、強(qiáng)度條件的應(yīng)用三類常見(jiàn)的強(qiáng)度問(wèn)題校核強(qiáng)度：已知外力， ，A，判斷是否能安全工作？截面設(shè)計(jì)：已知外力，，確定確定承載能力：已知A，，確定12三、強(qiáng)度條件的應(yīng)用三類常見(jiàn)的強(qiáng)度問(wèn)題校核強(qiáng)度：已知外力， 強(qiáng)度條件的應(yīng)用舉例1(1)求內(nèi)力（節(jié)點(diǎn)A平衡）(2)求應(yīng)力（A1，A2橫截面積）A設(shè)正13強(qiáng)度條件的應(yīng)用舉例1(1)求內(nèi)力（節(jié)點(diǎn)A平衡）(2)求1.校核強(qiáng)度校核結(jié)構(gòu)是否安全？已知F，，A1，A2，，解：141.校核強(qiáng)度校核結(jié)構(gòu)是否安全？已知F，，A1，A2，2.設(shè)計(jì)截面尺寸已知F，，，設(shè)計(jì)各桿截面（材料相同）設(shè)計(jì):圓桿矩形桿A2＝ab須給定a，b之一或二者關(guān)系。152.設(shè)計(jì)截面尺寸已知F，，，設(shè)計(jì)各桿截面（材3.確定許用載荷（結(jié)構(gòu)承載能力）求[F]已知，A1，A2，，163.確定許用載荷（結(jié)構(gòu)承載能力）求[F]已知，A1，A強(qiáng)度條件的應(yīng)用舉例2解：圖（b）膠接面上的總應(yīng)力為圖（c）膠接面上的切應(yīng)力和正應(yīng)力分別為（1）＝45O,求許用載荷[F]圖a所示兩段膠接桿，橫截面積，桿的自重不計(jì)。，膠接面上17強(qiáng)度條件的應(yīng)用舉例2解：圖（b）膠接面上的總應(yīng)力為圖（c(2).設(shè)能在內(nèi)變動(dòng)，最大許用載荷能提高多少百分比？此時(shí)之值為多大？膠接面所受正應(yīng)力和切應(yīng)力均達(dá)到許用值時(shí)，許用載荷最大.強(qiáng)度條件的應(yīng)用舉例2(續(xù)），許用載荷提高了65％！

18(2).設(shè)能在內(nèi)變動(dòng)，最大許用載荷能提高多少百分四、強(qiáng)度條件的進(jìn)一步應(yīng)用 －工程設(shè)計(jì)中的等強(qiáng)度原則例：

d=27mm,D=30mm,=850MPa,套管＝250MPa， 試設(shè)計(jì)套管外徑D’套管內(nèi)管設(shè)計(jì)原則討論：

如果套管太薄，強(qiáng)度不夠；但是如果設(shè)計(jì)得太厚，則套管沒(méi)壞時(shí)可能內(nèi)管已壞，浪費(fèi)材料沒(méi)提高強(qiáng)度。因此合理的設(shè)計(jì)是套管和內(nèi)管強(qiáng)度相等。上述原則稱為等強(qiáng)原則，在工程設(shè)計(jì)中廣泛使用。19四、強(qiáng)度條件的進(jìn)一步應(yīng)用例： d=27mm,D=30mm,例：石柱橋墩的等強(qiáng)設(shè)計(jì)求三種情況體積比。（1）等直柱（3）等強(qiáng)柱（2）階梯柱思考：危險(xiǎn)截面在何處？怎樣進(jìn)行等強(qiáng)設(shè)計(jì)？20例：石柱橋墩的等強(qiáng)設(shè)計(jì)求三種情況體積比。（1）等直柱（3）等（1）等直橋墩危險(xiǎn)截面在底部等直橋墩截面積設(shè)計(jì)：橋墩體積：21（1）等直橋墩危險(xiǎn)截面在底部等直橋墩截面積設(shè)計(jì)：橋墩體積：2（2）階梯橋墩危險(xiǎn)截面在兩段底部，根據(jù)等強(qiáng)原則，此兩截面設(shè)計(jì)為同時(shí)達(dá)到許用應(yīng)力。上段：下段：體積：22（2）階梯橋墩危險(xiǎn)截面在兩段底部，根據(jù)等強(qiáng)原則，此兩截面設(shè)計(jì)（3）等強(qiáng)橋墩根據(jù)等強(qiáng)原則，設(shè)計(jì)所有截面同時(shí)達(dá)到許用應(yīng)力。依據(jù)微段上下截面等強(qiáng)畫(huà)受力圖，由微段平衡列平衡方程。23（3）等強(qiáng)橋墩根據(jù)等強(qiáng)原則，設(shè)計(jì)所有截面同時(shí)達(dá)到許用應(yīng)力。依設(shè)橋墩重量為G，則由：故：三種方案體積（重量）比：24設(shè)橋墩重量為G，則由：故：三種方案體積（重量）比：24火力發(fā)電廠冷卻塔結(jié)構(gòu)25火力發(fā)電廠冷卻塔結(jié)構(gòu)25§2-7胡克定律與拉壓桿的變形

沿著軸線方向的變形垂直軸線方向的變形26§2-7胡克定律與拉壓桿的變形沿著軸線方向的變形垂直胡克定律拉壓剛度軸向變形(伸長(zhǎng)為正)試驗(yàn)表明：比例極限內(nèi)，正應(yīng)力與正應(yīng)變成正比.彈性模量單向受力一、拉壓桿的軸向變形和胡克定律27胡克定律拉壓剛度軸向變形(伸長(zhǎng)為正)試驗(yàn)表明：比例極限內(nèi)，胡克的彈性實(shí)驗(yàn)裝置歷史回顧：“胡克定律”1676年胡克給出字謎：“ceiiinosssttuv”1678年，“Uttensiosievis”——“有多大力就有多大變形”東漢的鄭玄在《周禮.考工記.弓人》注中寫(xiě)到：“每加物一石，則弓張一尺”，指出變形與力成線性比例的關(guān)系，比胡克早了1500年。試弓定力圖—東漢28胡克的彈性實(shí)驗(yàn)裝置歷史回顧：“胡克定律”東漢的鄭玄在《周禮二、拉壓桿的軸向變形與泊松比試驗(yàn)表明：對(duì)傳統(tǒng)材料，在比例極限內(nèi)，且異號(hào)。——泊松比橫向正應(yīng)變定義：29二、拉壓桿的軸向變形與泊松比試驗(yàn)表明：對(duì)傳統(tǒng)材料，在比例極限橫向應(yīng)變中的橫向：橫截面上任意一點(diǎn)沿面內(nèi)任意方向泊松比：對(duì)于大多數(shù)各向同性材料0<<0.5關(guān)于橫向變形的兩點(diǎn)說(shuō)明FFll1bb1銅泡沫：=-0.39PP30橫向應(yīng)變中的橫向：橫截面上任意一點(diǎn)沿面內(nèi)任意方向泊松關(guān)于泊松比

許多人進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證泊松比為1/4的理論結(jié)論維爾泰姆(1848)：試驗(yàn)結(jié)果表明接近1/3；

基爾霍夫(1859)：測(cè)出了三種鋼材和兩種黃銅，=1/4；

科爾紐(1869)：光學(xué)干涉法測(cè)出玻璃=0.237;1879年，馬洛克測(cè)出了一系列材料的泊松比，指出泊松比是獨(dú)立的材料常數(shù)，否定了單常數(shù)理論。泊松1829年發(fā)表《彈性體平衡和運(yùn)動(dòng)研究報(bào)告》一文，用分子間相互作用的理論導(dǎo)出彈性體的運(yùn)動(dòng)方程,發(fā)現(xiàn)在彈性介質(zhì)中可以傳播縱波和橫波,并且從理論上推演出各向同性彈性桿在受到縱向拉伸時(shí)，橫向收縮應(yīng)變與縱向伸長(zhǎng)應(yīng)變之比是一常數(shù)，其值為四分之一。

31關(guān)于泊松比許多人進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證泊松比為1/4的理論結(jié)論例：已知E，D，d，F(xiàn)，求D和d的改變量。FFdD提問(wèn)：當(dāng)圓管受拉時(shí)，外徑減小，內(nèi)徑增大還是減??？(a).d增加，D減小(b).d、D都減小(c).d、D都增加(d).d減小，D增加答案：（b）32例：已知E，D，d，F(xiàn)，求D和d的改變量。FFdD提問(wèn)：當(dāng)圓例：已知E，D，d，F(xiàn)，求D和d的改變量。FFdD解：先求內(nèi)周長(zhǎng),設(shè)ds弧長(zhǎng)改變量為du,33例：已知E，D，d，F(xiàn)，求D和d的改變量。FFdD解：先求內(nèi)圓管橫截面積變不變？FFdD圓管體積變不變？34圓管橫截面積變不變？FFdD圓管體積變不變？34一般情況下，材料受拉體積會(huì)增加，所以我們推斷泊松比小于0.5。橡膠與石蠟是兩種受拉時(shí)體積幾乎無(wú)變化的材料，因此其泊松比接近于極限值0.5。另一方面，軟木的泊松比接近于0，即拉伸時(shí)橫向幾乎不收縮。35一般情況下，材料受拉體積會(huì)增加，所以我們推斷泊松比小于0.5三、多力桿的變形與疊加原理例：已知E，A1，A2，求總伸長(zhǎng)解方法一：各段變形疊加法步驟：*內(nèi)力分析,軸力圖；*變形計(jì)算,求代數(shù)和。*分段求出變形；36三、多力桿的變形與疊加原理例：已知E，A1，A2，求總伸長(zhǎng)解解法二：各載荷效應(yīng)疊加與解法一結(jié)果一致，引出疊加原理(a)(b)例：已知E，A1，A2，求總伸長(zhǎng)（續(xù)）37解法二：各載荷效應(yīng)疊加與解法一結(jié)果一致，引出(a)(b)例：疊加原理：幾個(gè)載荷同時(shí)作用所產(chǎn)生的總效果，等于各載荷單獨(dú)作用產(chǎn)生的效果的總和。疊加原理的適用范圍:(1)線彈性(2)小變形A.材料線彈性B.結(jié)構(gòu)幾何線性38疊加原理：幾個(gè)載荷同時(shí)作用所產(chǎn)生的總效果，等于各載荷單獨(dú)作用從數(shù)學(xué)上理解疊加法當(dāng)函數(shù)是比例函數(shù)時(shí)，疊加原理成立。小變形材料線彈性1、線彈性：物理線性——應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系2、小變形：幾何線性——用原始尺寸進(jìn)行受力分析(幾組外力之間沒(méi)有耦合作用)39從數(shù)學(xué)上理解疊加法當(dāng)函數(shù)是比例函數(shù)時(shí)，疊加原理成立。小疊加原理成立。疊加原理不成立。材料線性問(wèn)題，材料非線性問(wèn)題，40疊加原理成立。疊加原理不成立。材料線性問(wèn)題，材料非線性問(wèn)題，*幾何非線性問(wèn)題例(2)桿伸長(zhǎng)：解：(1)節(jié)點(diǎn)C平衡：(4)(3)關(guān)系：(三次拋物線關(guān)系,瞬時(shí)機(jī)構(gòu),疊加原理不成立)(微小)例：已知，求

與關(guān)系。41*幾何非線性問(wèn)題例(2)桿伸長(zhǎng)：解：(1)節(jié)點(diǎn)C平衡：階梯形桿：討論：n－總段數(shù)FNi－桿段i軸力變截面變軸力桿42階梯形桿：討論：n－總段數(shù)變截面變軸力桿42解：距端點(diǎn)x處截面的軸力為總伸長(zhǎng)為例：已知，求

(1)為常量dx微段伸長(zhǎng)43解：距端點(diǎn)x處截面的軸力為總伸長(zhǎng)為例：已知解：(a)取長(zhǎng)度為x的桿段為分離體；(c)軸力(e)總伸長(zhǎng)：(b)分離體內(nèi)再取微段，微段載荷

(2)為變量(d)微段伸長(zhǎng)：例：已知，求

（續(xù)）需兩次積分，第一次求軸力，第二次求總伸長(zhǎng)。44解：(a)取長(zhǎng)度為x的桿段為分離體；(c)軸力§2-8桁架的節(jié)點(diǎn)位移例：已知,求桁架節(jié)點(diǎn)A的水平與鉛垂位移解：1、軸力與變形分析(拉)(縮短)(壓)(伸長(zhǎng))45§2-8桁架的節(jié)點(diǎn)位移例：已知2、節(jié)點(diǎn)A的位移的精確計(jì)算及其困難位移求法：桿1伸長(zhǎng)△l1到A1點(diǎn)，桿2縮短△l2到A2點(diǎn)，

以B、C為圓心作圓交于A’點(diǎn)計(jì)算困難：解二次方程組；在幾何構(gòu)形變化的同時(shí)內(nèi)力也在變化，需迭代求解。

A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡受桿件轉(zhuǎn)動(dòng)和伸縮的雙重制約,一般為曲線,兩曲線的交點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)的新位置.462、節(jié)點(diǎn)A的位移的精確計(jì)算及其困難位移求法：計(jì)算困難3、節(jié)點(diǎn)A位移的實(shí)用(工程)解法工程分析方法：1、精度略有降低；2、分析極大簡(jiǎn)化。小變形：與結(jié)構(gòu)原尺寸相比為很小的變形。實(shí)用解法：*按結(jié)構(gòu)原幾何形狀與尺寸計(jì)算約束反力與內(nèi)力；*采用切線代圓弧的方法確定節(jié)點(diǎn)位移。473、節(jié)點(diǎn)A位移的實(shí)用(工程)解法工程分析方法：小變形：與結(jié)構(gòu)4、節(jié)點(diǎn)位移計(jì)算484、節(jié)點(diǎn)位移計(jì)算48例：ABC剛性桿，B為AC的中點(diǎn)，求節(jié)點(diǎn)C的位移。然后畫(huà)B點(diǎn)位移思考：BB’,CC’鉛垂向下，剛性桿ABC桿為什么能伸長(zhǎng)？再畫(huà)C點(diǎn)位移答：切線代圓弧的近似所致。1解：先計(jì)算桿1內(nèi)力與伸長(zhǎng)49例：ABC剛性桿，B為AC的中點(diǎn)，求節(jié)點(diǎn)C的位移。例：畫(huà)出節(jié)點(diǎn)A的位移桿兩端均為可動(dòng)點(diǎn)情形：平移+變形(伸長(zhǎng)或縮短)+轉(zhuǎn)動(dòng)(切線代圓弧)50例：畫(huà)出節(jié)點(diǎn)A的位移桿兩端均為可動(dòng)點(diǎn)情形：50提問(wèn)51提問(wèn)51例：畫(huà)節(jié)點(diǎn)A的位移*左圖桿2不受力，不伸長(zhǎng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)。右圖B點(diǎn)位移由桿1和2確定（與左圖A點(diǎn)相同）;3桿3伸長(zhǎng)到A’’，然后轉(zhuǎn)動(dòng)，與剛性梁對(duì)應(yīng)點(diǎn)交于A’’’點(diǎn)。

剛梁AB先隨B點(diǎn)平動(dòng)，B至B’點(diǎn),A至A’點(diǎn)；然后繞B’點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；

52例：畫(huà)節(jié)點(diǎn)A的位移*左圖桿2不受力，不伸長(zhǎng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)。右圖B點(diǎn)第二章總結(jié)變形強(qiáng)度準(zhǔn)則外力拉壓桿外力特征變形特征內(nèi)力軸力截面法設(shè)正法應(yīng)力橫截面斜截面圣維南原理應(yīng)變材料性能低碳鋼(4,3,2,1)鑄鐵胡克定律（彈性模量、泊松比）疊加原理（線彈性、小變形）小變形（原始尺寸、切線代?。?yīng)力集中失效與許用應(yīng)力強(qiáng)度條件（三類問(wèn)題）53第二章總結(jié)變形強(qiáng)度準(zhǔn)則外力拉壓桿外力特征內(nèi)力軸力應(yīng)力橫截面應(yīng)作業(yè)2-14,2-18,2-23,2-2654作業(yè)54謝謝!55謝謝!55上一講回顧變形強(qiáng)度準(zhǔn)則外力拉壓桿外力特征，變形特征內(nèi)力軸力截面法設(shè)正法應(yīng)力橫截面斜截面圣維南原理應(yīng)變材料性能低碳鋼(4,3,2,1)鑄鐵56上一講回顧變形強(qiáng)度準(zhǔn)則外力拉壓桿外力特征，變形特征內(nèi)力軸力應(yīng)§2-5應(yīng)力集中的概念第二章軸向拉伸與壓縮§2-6許用應(yīng)力與強(qiáng)度條件§2-7胡克定律與拉壓桿的變形§2-8桁架的節(jié)點(diǎn)位移57§2-5應(yīng)力集中的概念第二章軸向拉伸與壓縮§2-6一、應(yīng)力集中的概念§2-5應(yīng)力集中的概念58一、應(yīng)力集中的概念§2-5應(yīng)力集中的概念3smax－最大局部應(yīng)力

K

－應(yīng)力集中因素思考：A－A截面上的正應(yīng)力？應(yīng)力集中因數(shù)sn－名義應(yīng)力b:板寬d:孔徑δ:板厚應(yīng)力集中：由于截面急劇變化所引起的應(yīng)力局部增大現(xiàn)象。實(shí)際應(yīng)力59smax－最大局部應(yīng)力思考：A－A截面上的正應(yīng)力？應(yīng)力集中因應(yīng)力集中系數(shù)K（查表）60應(yīng)力集中系數(shù)K（查表）5思考：下面受力桿件，哪個(gè)截面上的應(yīng)力可以采用公式計(jì)算?qh2h/31234答：261思考：qh2h/31234答：26二、應(yīng)力集中對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度的影響脆性材料：在smax＝sb處首先破壞。塑性材料：應(yīng)力分布均勻化。靜載荷作用的強(qiáng)度問(wèn)題結(jié)論塑性材料的靜強(qiáng)度問(wèn)題可不考慮應(yīng)力集中，脆性材料的強(qiáng)度問(wèn)題需考慮應(yīng)力集中，所有材料的疲勞強(qiáng)度問(wèn)題需考慮應(yīng)力集中。62二、應(yīng)力集中對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度的影響脆性材料：在smax＝sb處首飛機(jī)的窗戶1954年，英國(guó)海外航空公司的兩架“彗星”號(hào)大型噴氣式客機(jī)接連失事，通過(guò)對(duì)飛機(jī)殘骸的打撈分析發(fā)現(xiàn)，失事的原因是由于氣密艙窗口處鉚釘孔邊緣的微小裂紋發(fā)展所致，而這個(gè)鉚釘孔的直徑僅為3.175mm。63飛機(jī)的窗戶1954年，英國(guó)海外航空公司的兩架“彗星”號(hào)大型噴1984年，中國(guó)一大型鋼廠從西歐某國(guó)引進(jìn)價(jià)值2千多萬(wàn)元人民幣的精密鍛壓機(jī)發(fā)生曲軸斷裂。經(jīng)過(guò)鋼廠的工程技術(shù)人員和高校的力學(xué)工作者通力合作，找到了事故原因：曲軸的彎曲處過(guò)渡圓角尺寸過(guò)小，造成局部應(yīng)力集中；加上該處材料微觀組織上的加工缺陷(表面上的細(xì)小刀痕)，在交變載荷作用下最終導(dǎo)致曲軸斷裂。

應(yīng)力集中的應(yīng)用：1.易拉罐小拉片周圍的細(xì)長(zhǎng)卵形刻痕

2.塑料包裝袋封口附件的缺口或切縫

3.金剛石刀裁玻璃4.…….標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件641984年，中國(guó)一大型鋼廠從西歐某國(guó)引進(jìn)價(jià)值2千多萬(wàn)元人民幣一、失效與許用應(yīng)力§2-6許用應(yīng)力與強(qiáng)度條件失效：斷裂、出現(xiàn)顯著的塑性變形,使材料不能正常工作。極限應(yīng)力：強(qiáng)度極限（脆性材料） 屈服應(yīng)力（塑性材料）工作應(yīng)力：構(gòu)件實(shí)際承載所引起的應(yīng)力。許用應(yīng)力：工作應(yīng)力的最大容許值n－安全因數(shù)(子)，n>1一般工程中ns=1.5~2.2，nb=3.0~5.0安全因數(shù)的來(lái)歷：幾何尺寸、載荷條件與材料缺陷。65一、失效與許用應(yīng)力§2-6許用應(yīng)力與強(qiáng)度條件失效：斷裂、二、強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件：保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不致因強(qiáng)度不夠而破壞的條件。等截面桿：變截面桿：拉壓桿強(qiáng)度條件：拉/壓載荷下的強(qiáng)度條件可能有所不同(因材料而異)66二、強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件：保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不致因強(qiáng)度不夠而破壞的條三、強(qiáng)度條件的應(yīng)用三類常見(jiàn)的強(qiáng)度問(wèn)題校核強(qiáng)度：已知外力， ，A，判斷是否能安全工作？截面設(shè)計(jì)：已知外力，，確定確定承載能力：已知A，，確定67三、強(qiáng)度條件的應(yīng)用三類常見(jiàn)的強(qiáng)度問(wèn)題校核強(qiáng)度：已知外力， 強(qiáng)度條件的應(yīng)用舉例1(1)求內(nèi)力（節(jié)點(diǎn)A平衡）(2)求應(yīng)力（A1，A2橫截面積）A設(shè)正68強(qiáng)度條件的應(yīng)用舉例1(1)求內(nèi)力（節(jié)點(diǎn)A平衡）(2)求1.校核強(qiáng)度校核結(jié)構(gòu)是否安全？已知F，，A1，A2，，解：691.校核強(qiáng)度校核結(jié)構(gòu)是否安全？已知F，，A1，A2，2.設(shè)計(jì)截面尺寸已知F，，，設(shè)計(jì)各桿截面（材料相同）設(shè)計(jì):圓桿矩形桿A2＝ab須給定a，b之一或二者關(guān)系。702.設(shè)計(jì)截面尺寸已知F，，，設(shè)計(jì)各桿截面（材3.確定許用載荷（結(jié)構(gòu)承載能力）求[F]已知，A1，A2，，713.確定許用載荷（結(jié)構(gòu)承載能力）求[F]已知，A1，A強(qiáng)度條件的應(yīng)用舉例2解：圖（b）膠接面上的總應(yīng)力為圖（c）膠接面上的切應(yīng)力和正應(yīng)力分別為（1）＝45O,求許用載荷[F]圖a所示兩段膠接桿，橫截面積，桿的自重不計(jì)。，膠接面上72強(qiáng)度條件的應(yīng)用舉例2解：圖（b）膠接面上的總應(yīng)力為圖（c(2).設(shè)能在內(nèi)變動(dòng)，最大許用載荷能提高多少百分比？此時(shí)之值為多大？膠接面所受正應(yīng)力和切應(yīng)力均達(dá)到許用值時(shí)，許用載荷最大.強(qiáng)度條件的應(yīng)用舉例2(續(xù)），許用載荷提高了65％！

73(2).設(shè)能在內(nèi)變動(dòng)，最大許用載荷能提高多少百分四、強(qiáng)度條件的進(jìn)一步應(yīng)用 －工程設(shè)計(jì)中的等強(qiáng)度原則例：

d=27mm,D=30mm,=850MPa,套管＝250MPa， 試設(shè)計(jì)套管外徑D’套管內(nèi)管設(shè)計(jì)原則討論：

如果套管太薄，強(qiáng)度不夠；但是如果設(shè)計(jì)得太厚，則套管沒(méi)壞時(shí)可能內(nèi)管已壞，浪費(fèi)材料沒(méi)提高強(qiáng)度。因此合理的設(shè)計(jì)是套管和內(nèi)管強(qiáng)度相等。上述原則稱為等強(qiáng)原則，在工程設(shè)計(jì)中廣泛使用。74四、強(qiáng)度條件的進(jìn)一步應(yīng)用例： d=27mm,D=30mm,例：石柱橋墩的等強(qiáng)設(shè)計(jì)求三種情況體積比。（1）等直柱（3）等強(qiáng)柱（2）階梯柱思考：危險(xiǎn)截面在何處？怎樣進(jìn)行等強(qiáng)設(shè)計(jì)？75例：石柱橋墩的等強(qiáng)設(shè)計(jì)求三種情況體積比。（1）等直柱（3）等（1）等直橋墩危險(xiǎn)截面在底部等直橋墩截面積設(shè)計(jì)：橋墩體積：76（1）等直橋墩危險(xiǎn)截面在底部等直橋墩截面積設(shè)計(jì)：橋墩體積：2（2）階梯橋墩危險(xiǎn)截面在兩段底部，根據(jù)等強(qiáng)原則，此兩截面設(shè)計(jì)為同時(shí)達(dá)到許用應(yīng)力。上段：下段：體積：77（2）階梯橋墩危險(xiǎn)截面在兩段底部，根據(jù)等強(qiáng)原則，此兩截面設(shè)計(jì)（3）等強(qiáng)橋墩根據(jù)等強(qiáng)原則，設(shè)計(jì)所有截面同時(shí)達(dá)到許用應(yīng)力。依據(jù)微段上下截面等強(qiáng)畫(huà)受力圖，由微段平衡列平衡方程。78（3）等強(qiáng)橋墩根據(jù)等強(qiáng)原則，設(shè)計(jì)所有截面同時(shí)達(dá)到許用應(yīng)力。依設(shè)橋墩重量為G，則由：故：三種方案體積（重量）比：79設(shè)橋墩重量為G，則由：故：三種方案體積（重量）比：24火力發(fā)電廠冷卻塔結(jié)構(gòu)80火力發(fā)電廠冷卻塔結(jié)構(gòu)25§2-7胡克定律與拉壓桿的變形

沿著軸線方向的變形垂直軸線方向的變形81§2-7胡克定律與拉壓桿的變形沿著軸線方向的變形垂直胡克定律拉壓剛度軸向變形(伸長(zhǎng)為正)試驗(yàn)表明：比例極限內(nèi)，正應(yīng)力與正應(yīng)變成正比.彈性模量單向受力一、拉壓桿的軸向變形和胡克定律82胡克定律拉壓剛度軸向變形(伸長(zhǎng)為正)試驗(yàn)表明：比例極限內(nèi)，胡克的彈性實(shí)驗(yàn)裝置歷史回顧：“胡克定律”1676年胡克給出字謎：“ceiiinosssttuv”1678年，“Uttensiosievis”——“有多大力就有多大變形”東漢的鄭玄在《周禮.考工記.弓人》注中寫(xiě)到：“每加物一石，則弓張一尺”，指出變形與力成線性比例的關(guān)系，比胡克早了1500年。試弓定力圖—東漢83胡克的彈性實(shí)驗(yàn)裝置歷史回顧：“胡克定律”東漢的鄭玄在《周禮二、拉壓桿的軸向變形與泊松比試驗(yàn)表明：對(duì)傳統(tǒng)材料，在比例極限內(nèi)，且異號(hào)?！此杀葯M向正應(yīng)變定義：84二、拉壓桿的軸向變形與泊松比試驗(yàn)表明：對(duì)傳統(tǒng)材料，在比例極限橫向應(yīng)變中的橫向：橫截面上任意一點(diǎn)沿面內(nèi)任意方向泊松比：對(duì)于大多數(shù)各向同性材料0<<0.5關(guān)于橫向變形的兩點(diǎn)說(shuō)明FFll1bb1銅泡沫：=-0.39PP85橫向應(yīng)變中的橫向：橫截面上任意一點(diǎn)沿面內(nèi)任意方向泊松關(guān)于泊松比

許多人進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證泊松比為1/4的理論結(jié)論維爾泰姆(1848)：試驗(yàn)結(jié)果表明接近1/3；

基爾霍夫(1859)：測(cè)出了三種鋼材和兩種黃銅，=1/4；

科爾紐(1869)：光學(xué)干涉法測(cè)出玻璃=0.237;1879年，馬洛克測(cè)出了一系列材料的泊松比，指出泊松比是獨(dú)立的材料常數(shù)，否定了單常數(shù)理論。泊松1829年發(fā)表《彈性體平衡和運(yùn)動(dòng)研究報(bào)告》一文，用分子間相互作用的理論導(dǎo)出彈性體的運(yùn)動(dòng)方程,發(fā)現(xiàn)在彈性介質(zhì)中可以傳播縱波和橫波,并且從理論上推演出各向同性彈性桿在受到縱向拉伸時(shí)，橫向收縮應(yīng)變與縱向伸長(zhǎng)應(yīng)變之比是一常數(shù)，其值為四分之一。

86關(guān)于泊松比許多人進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證泊松比為1/4的理論結(jié)論例：已知E，D，d，F(xiàn)，求D和d的改變量。FFdD提問(wèn)：當(dāng)圓管受拉時(shí)，外徑減小，內(nèi)徑增大還是減?。?a).d增加，D減小(b).d、D都減小(c).d、D都增加(d).d減小，D增加答案：（b）87例：已知E，D，d，F(xiàn)，求D和d的改變量。FFdD提問(wèn)：當(dāng)圓例：已知E，D，d，F(xiàn)，求D和d的改變量。FFdD解：先求內(nèi)周長(zhǎng),設(shè)ds弧長(zhǎng)改變量為du,88例：已知E，D，d，F(xiàn)，求D和d的改變量。FFdD解：先求內(nèi)圓管橫截面積變不變？FFdD圓管體積變不變？89圓管橫截面積變不變？FFdD圓管體積變不變？34一般情況下，材料受拉體積會(huì)增加，所以我們推斷泊松比小于0.5。橡膠與石蠟是兩種受拉時(shí)體積幾乎無(wú)變化的材料，因此其泊松比接近于極限值0.5。另一方面，軟木的泊松比接近于0，即拉伸時(shí)橫向幾乎不收縮。90一般情況下，材料受拉體積會(huì)增加，所以我們推斷泊松比小于0.5三、多力桿的變形與疊加原理例：已知E，A1，A2，求總伸長(zhǎng)解方法一：各段變形疊加法步驟：*內(nèi)力分析,軸力圖；*變形計(jì)算,求代數(shù)和。*分段求出變形；91三、多力桿的變形與疊加原理例：已知E，A1，A2，求總伸長(zhǎng)解解法二：各載荷效應(yīng)疊加與解法一結(jié)果一致，引出疊加原理(a)(b)例：已知E，A1，A2，求總伸長(zhǎng)（續(xù)）92解法二：各載荷效應(yīng)疊加與解法一結(jié)果一致，引出(a)(b)例：疊加原理：幾個(gè)載荷同時(shí)作用所產(chǎn)生的總效果，等于各載荷單獨(dú)作用產(chǎn)生的效果的總和。疊加原理的適用范圍:(1)線彈性(2)小變形A.材料線彈性B.結(jié)構(gòu)幾何線性93疊加原理：幾個(gè)載荷同時(shí)作用所產(chǎn)生的總效果，等于各載荷單獨(dú)作用從數(shù)學(xué)上理解疊加法當(dāng)函數(shù)是比例函數(shù)時(shí)，疊加原理成立。小變形材料線彈性1、線彈性：物理線性——應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系2、小變形：幾何線性——用原始尺寸進(jìn)行受力分析(幾組外力之間沒(méi)有耦合作用)94從數(shù)學(xué)上理解疊加法當(dāng)函數(shù)是比例函數(shù)時(shí)，疊加原理成立。小疊加原理成立。疊加原理不成立。材料線性問(wèn)題，材料非線性問(wèn)題，95疊加原理成立。疊加原理不成立。材料線性問(wèn)題，材料非線性問(wèn)題，*幾何非線性問(wèn)題例(2)桿伸長(zhǎng)：解：(1)節(jié)點(diǎn)C平衡：(4)(3)關(guān)系：(三次拋物線關(guān)系,瞬時(shí)機(jī)構(gòu),疊加原理不成立)(微小)例：已知，求

與關(guān)系。96*幾何非線性問(wèn)題例(2)桿伸長(zhǎng)：解：(1)節(jié)點(diǎn)C平衡：階梯形桿：討論：n－總段數(shù)FNi－桿段i軸力變截面變軸力桿97階梯形桿：討論：n－總段數(shù)變截面變軸力桿42解：距端點(diǎn)x處截面的軸力為總伸長(zhǎng)為例：已知，求

(1)為常量dx微段伸長(zhǎng)98解：距端點(diǎn)x處截面的軸力為總伸長(zhǎng)為例：已知解：(a)取長(zhǎng)度為x的桿段為分離體；(c)軸力(e)總伸長(zhǎng)：(b)分離體內(nèi)再取微段，微段載荷

(2)為變量(d)微段伸長(zhǎng)：例：已知