材料力學(xué)課件

§2.4

材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能兩個(gè)尚未解決的問(wèn)題：1、纖維的伸長(zhǎng)和應(yīng)力之間存在怎樣的關(guān)系？2、為什么要研究桿件斜截面上的應(yīng)力？材料在外力作用下表現(xiàn)出的變形、破壞等方面的特性稱材料的力學(xué)性能，也稱機(jī)械性質(zhì)。材料的機(jī)械性質(zhì)通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，通常為常溫靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)方法應(yīng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。試驗(yàn)機(jī)材料的力學(xué)性能在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試。材料試驗(yàn)機(jī)的式樣有很多，但大多為機(jī)械傳動(dòng)或液壓傳動(dòng)。液壓式試驗(yàn)機(jī)各種試驗(yàn)機(jī)20kN試驗(yàn)機(jī)10kN試驗(yàn)機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了試驗(yàn)方法，對(duì)試件的形式也作了詳細(xì)規(guī)定當(dāng)l=10d

時(shí)的試件稱為長(zhǎng)試件，為推薦尺寸當(dāng)l=5d

時(shí)的試件稱為短試件，為材料尺寸不足時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)試件PPP~ΔL曲線s=

PA~e=

ΔLL應(yīng)力－應(yīng)變曲線名義屈服極限有些材料沒(méi)有明顯的屈服平臺(tái)，這時(shí)無(wú)法測(cè)定屈服極限ss，工程上使用名義屈服極限s0.2代替屈服極限ss當(dāng)材料的殘余伸長(zhǎng)達(dá)到2000微應(yīng)變(me)時(shí)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值稱名義屈服極限，以s0.2表示胡克定律當(dāng)應(yīng)力不超過(guò)材料的比例極限時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比s=Ee卸載塑性材料的卸載過(guò)程其它塑性金屬材料的拉伸曲線合金鋼20Cr高碳鋼T10A螺紋鋼16Mn低碳鋼A3黃銅H62脆性材料的拉伸性能特點(diǎn)：無(wú)屈服過(guò)程無(wú)塑性變形無(wú)塑性指標(biāo)分類：塑性材料d>5%脆性材料d<5%強(qiáng)度指標(biāo)(失效應(yīng)力)

韌性材料σo＝σS脆性材料σo＝σb脆性材料韌性金屬材料韌性指標(biāo)－延伸率材料的機(jī)械性能指標(biāo)－斷面收縮率=X100%A-A1A§2.5材料在壓縮時(shí)的力學(xué)性能試件：金屬材料－短圓柱混凝土、石料－立方體塑性材料的壓縮塑性材料的壓縮強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度相當(dāng)脆性材料的壓縮脆性材料的壓縮強(qiáng)度遠(yuǎn)大于拉伸強(qiáng)度1、高溫對(duì)材料的力學(xué)性能有影響

2、高溫下工作的構(gòu)件，會(huì)產(chǎn)生蠕變和松弛3、蠕變：應(yīng)力保持不變，應(yīng)變隨時(shí)間增加而增加的現(xiàn)象4、松弛：應(yīng)變保持不變，應(yīng)力隨時(shí)間增加而降低的現(xiàn)象幾個(gè)概念：*§2-6：溫度和時(shí)間對(duì)材料力學(xué)性能的影響一、短期靜載下溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響二、高溫、長(zhǎng)期靜載下材料的力學(xué)性能金屬材料的高溫蠕變（碳鋼350oC以上）§2.7失效、安全系數(shù)和強(qiáng)度計(jì)算失效—由于材料的力學(xué)行為而使構(gòu)件喪失正常功能的現(xiàn)象.強(qiáng)度失效問(wèn)題

強(qiáng)度失效—由于斷裂或屈服引起的失效剛度失效問(wèn)題

剛度失效—由于過(guò)量的彈性變形引起的失效.

屈曲失效（失穩(wěn)）—由于平衡構(gòu)件的受力特征的突然轉(zhuǎn)變而引起的失效.屈曲失效（失穩(wěn)）問(wèn)題其它失效形態(tài)

疲勞失效—由于交變應(yīng)力的作用,初始裂紋不斷擴(kuò)展而引起的脆性斷裂.蠕變失效—在一定的溫度和應(yīng)力下,應(yīng)變隨著時(shí)間的增加而增加,最終導(dǎo)致構(gòu)件失效.松弛失效—在一定的溫度下,應(yīng)變保持不變,應(yīng)力隨著時(shí)間增加而降低,從而導(dǎo)致構(gòu)件失效.脆性材料拉max=拉=b拉塑性材料max==s拉壓構(gòu)件材料的失效判據(jù)脆性材料壓max=壓=b壓許用應(yīng)力與安全系數(shù)塑性材料脆性材料拉[s]

=ssns[s]拉

=sb拉nb脆性材料壓[s]壓

=sb壓nb脆性材料壓桿在強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)取絕對(duì)值安全系數(shù)的確定塑性材料：ns=1.2~2.5脆性材料：nb=2~3.5材料素質(zhì)（強(qiáng)度、均勻性、脆性）載荷情況（峰值載荷、動(dòng)靜、不可預(yù)見性)構(gòu)件簡(jiǎn)化過(guò)程和計(jì)算方法的精確度零件的重要性、制造維修難易減輕重量（飛機(jī)、手提設(shè)備等）強(qiáng)度條件s

=[s]NAsmax

[s]N

[s]A

三種類型的強(qiáng)度計(jì)算一、強(qiáng)度校核二、截面設(shè)計(jì)s

=[s]NA三、確定許可載荷A

≥

N[s]例2.3

鋼材的許用應(yīng)力[s]=150MPa，對(duì)例2.2中的斜桿AB進(jìn)行強(qiáng)度校核。已由例2.2知，斜桿AB的應(yīng)力為s=123MPa，可見 s=123MPa＜[s]所以拉桿安全。s==123X106PaNAPmax==38.7kNQsinaN=Pmax=38.7kN討論：若Q＝20kN，則AB桿的應(yīng)力s=164MPa，強(qiáng)度不足，應(yīng)重新設(shè)計(jì)。減小Q的值增大拉桿面積工程中允許工作應(yīng)力s略大于許用應(yīng)力[s]，但不得超過(guò)[s]的5%Pmax=QsinaN=Pmax

s=NA例2.4氣動(dòng)夾具—截面設(shè)計(jì)已知：D＝140mmp=0.6MPa[s]=80MPa設(shè)計(jì)活塞桿直徑。PPP=px

p

4D2=9236NN=P=9.24kNA=

pd2

4

N

[s]=1.16x10-4m2

d0.0122m=12mm

例2.5