汽車機械基礎(chǔ)第2版金旭星第4章材料力學(xué)基礎(chǔ)新

汽車機械基礎(chǔ)第2版金旭星第4章材料力學(xué)基礎(chǔ)新CATALOGUE目錄材料力學(xué)基礎(chǔ)概念拉伸與壓縮剪切與擠壓扭轉(zhuǎn)彎曲組合變形及其強度計算01材料力學(xué)基礎(chǔ)概念材料力學(xué)定義與研究對象材料力學(xué)定義材料力學(xué)是研究物體在外力作用下產(chǎn)生的變形和破壞規(guī)律的學(xué)科。它主要研究材料在各種外力作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、強度和穩(wěn)定性等問題。研究對象材料力學(xué)的研究對象主要是固體材料，包括金屬、非金屬、復(fù)合材料等。這些材料在工程中廣泛應(yīng)用，因此材料力學(xué)對于工程設(shè)計和制造具有重要意義。假設(shè)物體是連續(xù)的，即物體內(nèi)部沒有空隙，這樣可以用連續(xù)的函數(shù)來描述物體的變形和應(yīng)力分布。連續(xù)性假設(shè)假設(shè)物體內(nèi)部各處的力學(xué)性能是相同的，即物體是均勻的。這樣可以用統(tǒng)一的力學(xué)參數(shù)來描述物體的力學(xué)性能。均勻性假設(shè)假設(shè)物體在各個方向上的力學(xué)性能是相同的，即物體是各向同性的。這樣可以用標(biāo)量來描述物體的力學(xué)性能，簡化了問題的復(fù)雜性。各向同性假設(shè)材料力學(xué)基本假設(shè)應(yīng)力定義應(yīng)力是物體內(nèi)部單位面積上的內(nèi)力，它反映了物體內(nèi)部的受力狀態(tài)。應(yīng)力可以分為正應(yīng)力和剪應(yīng)力，分別對應(yīng)于拉伸和剪切變形。應(yīng)變定義應(yīng)變是物體在外力作用下產(chǎn)生的變形程度，它反映了物體的變形能力。應(yīng)變可以分為線應(yīng)變和剪應(yīng)變，分別對應(yīng)于長度和角度的變形。應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變之間呈線性關(guān)系，即胡克定律。當(dāng)外力超過一定限度時，物體會發(fā)生塑性變形或破壞，此時應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系變?yōu)榉蔷€性。應(yīng)力、應(yīng)變及其關(guān)系02拉伸與壓縮拉伸當(dāng)桿件受到一對大小相等、方向相反、作用線與桿件軸線重合的外力作用時，桿件將沿軸線方向伸長，這種變形稱為拉伸。壓縮當(dāng)桿件受到一對大小相等、方向相反、作用線與桿件軸線重合的外力作用時，桿件將沿軸線方向縮短，這種變形稱為壓縮。實例橋梁的吊桿在承受重力時會發(fā)生拉伸變形，而建筑物的立柱在承受重力時會發(fā)生壓縮變形。拉伸與壓縮概念及實例內(nèi)力桿件在拉伸或壓縮時，其內(nèi)部各部分之間因相對位置改變而產(chǎn)生的相互作用力稱為內(nèi)力。應(yīng)力單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。拉伸時應(yīng)力為拉應(yīng)力，壓縮時應(yīng)力為壓應(yīng)力。應(yīng)力集中由于桿件截面形狀或材料性質(zhì)的變化，導(dǎo)致局部應(yīng)力顯著增大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。拉伸或壓縮時桿件內(nèi)力與應(yīng)力030201桿件在拉伸或壓縮時，其長度的改變量稱為絕對變形。絕對變形相對變形胡克定律絕對變形與桿件原長之比稱為相對變形。在彈性范圍內(nèi)，桿件的伸長（或縮短）量與所受外力成正比，與桿件的橫截面積成反比。030201拉伸或壓縮時桿件變形屈服強度材料在拉伸過程中開始產(chǎn)生明顯塑性變形時的應(yīng)力稱為屈服強度，是材料的一個重要力學(xué)性能指標(biāo)。壓縮強度材料在壓縮過程中所能承受的最大應(yīng)力稱為壓縮強度，反映材料的抗壓能力?？估瓘姸炔牧显诶爝^程中所能承受的最大應(yīng)力稱為抗拉強度，反映材料的抗拉能力。彈性模量材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱為彈性模量，反映材料抵抗彈性變形的能力。材料在拉伸或壓縮時力學(xué)性能03剪切與擠壓

剪切與擠壓概念及實例剪切在力不經(jīng)過構(gòu)件軸線的情況下，構(gòu)件橫截面沿某一特定面（剪切面）發(fā)生相對錯動變形的現(xiàn)象。擠壓兩構(gòu)件在相互接觸的表面上，因受到相互垂直的擠壓力作用而產(chǎn)生局部壓陷變形的現(xiàn)象。實例鉚釘連接、螺栓連接等工程實際中常見的連接方式，在受到剪切或擠壓作用時，其力學(xué)性能及變形特點。在剪切或擠壓過程中，桿件內(nèi)部各部分之間因相對變形而產(chǎn)生的相互作用力。內(nèi)力單位面積上的內(nèi)力，表示桿件內(nèi)部各部分之間相互作用力的強度。應(yīng)力剪切面上單位面積上的切向力，使材料產(chǎn)生剪切變形。剪切應(yīng)力接觸面上單位面積上的法向力，使材料產(chǎn)生擠壓變形。擠壓應(yīng)力剪切與擠壓時桿件內(nèi)力與應(yīng)力123在剪切力作用下，構(gòu)件沿剪切面發(fā)生的相對錯動變形。剪切變形在擠壓力作用下，構(gòu)件接觸面發(fā)生的局部壓陷變形。擠壓變形剪切變形主要發(fā)生在剪切面附近，而擠壓變形則發(fā)生在接觸面局部區(qū)域。變形特點剪切與擠壓時桿件變形材料抵抗剪切破壞的能力，通常以剪切強度來衡量。材料抗剪性能材料抵抗擠壓破壞的能力，通常以擠壓強度來衡量。材料抗擠性能材料的力學(xué)性能、溫度、加載速率等因素都會對材料的抗剪和抗擠性能產(chǎn)生影響。影響因素材料在剪切或擠壓時力學(xué)性能04扭轉(zhuǎn)當(dāng)桿件受到大小相等、方向相反且作用平面垂直于桿件軸線的兩個力偶作用時，桿件將發(fā)生扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)定義汽車傳動軸、電機主軸等受力情況均可簡化為扭轉(zhuǎn)問題。扭轉(zhuǎn)實例扭轉(zhuǎn)概念及實例內(nèi)力在扭轉(zhuǎn)過程中，桿件橫截面上的內(nèi)力為扭矩，其大小等于力偶矩，方向與力偶作用面垂直。應(yīng)力扭轉(zhuǎn)時桿件橫截面上的應(yīng)力為剪應(yīng)力，其分布規(guī)律與桿件的形狀和受力情況有關(guān)。對于圓截面桿件，剪應(yīng)力沿半徑方向線性分布，最大剪應(yīng)力發(fā)生在桿件表面。扭轉(zhuǎn)時桿件內(nèi)力與應(yīng)力扭轉(zhuǎn)時桿件的變形主要表現(xiàn)為橫截面的相對轉(zhuǎn)動，即相鄰兩橫截面繞軸線轉(zhuǎn)過一定的角度。通過測量桿件兩端的相對轉(zhuǎn)角，可以計算出桿件的扭轉(zhuǎn)變形量。對于圓截面桿件，其扭轉(zhuǎn)變形量與扭矩、桿長、截面極慣性矩等因素有關(guān)。扭轉(zhuǎn)時桿件變形變形量計算變形特點不同材料在扭轉(zhuǎn)時的力學(xué)性能表現(xiàn)不同。一般來說，金屬材料的抗扭強度較高，而非金屬材料的抗扭強度較低。材料力學(xué)性能在扭轉(zhuǎn)過程中，材料可能因剪應(yīng)力達到極限值而發(fā)生剪切破壞。此外，對于脆性材料還可能發(fā)生斷裂破壞。因此，在設(shè)計時需要充分考慮材料的力學(xué)性能及破壞形式。材料破壞形式材料在扭轉(zhuǎn)時力學(xué)性能05彎曲當(dāng)桿件受到垂直于軸線的外力作用時，桿件軸線由直線變成曲線，這種變形稱為彎曲。彎曲定義橋梁、房屋建筑中的梁、板等構(gòu)件在荷載作用下發(fā)生的彎曲變形。實例說明彎曲概念及實例內(nèi)力分析梁在彎曲時，橫截面上存在內(nèi)力，即剪力和彎矩。剪力使梁產(chǎn)生剪切變形，彎矩使梁產(chǎn)生彎曲變形。應(yīng)力分布在純彎曲情況下，梁橫截面上的正應(yīng)力分布規(guī)律是線性分布的，中性軸處應(yīng)力為零，離中性軸越遠，應(yīng)力越大。彎曲時梁內(nèi)力與應(yīng)力VS梁在彎曲時，軸線由直線變?yōu)榍€，橫截面發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。撓度和轉(zhuǎn)角撓度是指梁軸線在垂直于軸線方向的線位移，轉(zhuǎn)角是指橫截面繞中性軸轉(zhuǎn)過的角度。變形特點彎曲時梁變形在比例極限內(nèi)，材料服從胡克定律，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。彈性階段屈服階段強化階段局部變形階段當(dāng)應(yīng)力超過比例極限后，材料開始屈服，應(yīng)力不再增加或增加緩慢，而應(yīng)變急劇增加。材料經(jīng)過屈服階段后，又增強了抵抗變形的能力。這時，要使材料繼續(xù)變形，必須增加應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力達到強度極限后，材料開始發(fā)生局部變形，最終導(dǎo)致斷裂。材料在彎曲時力學(xué)性能06組合變形及其強度計算組合變形概念及實例組合變形是指物體在受到多個外力作用下，產(chǎn)生的不同形式的變形疊加在一起的現(xiàn)象。組合變形定義橋梁結(jié)構(gòu)在受到自重、車輛荷載、風(fēng)荷載等多個外力作用下，會發(fā)生彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等多種變形，這些變形疊加在一起形成組合變形。實例通過受力分析、平衡方程、幾何方程、物理方程等手段，求解物體在組合變形下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等響應(yīng)。工程力學(xué)方法將物體離散化為有限個單元，通過單元剛度矩陣和載荷向量的組裝，求解整體結(jié)構(gòu)的平衡方程，得到組合變形下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等響應(yīng)。有限元方法通過對實際結(jié)構(gòu)或縮尺模型進行加載實驗，測量其在組合變形下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等響應(yīng)，驗證理論分析和數(shù)值模擬的正確性。實驗方法組合變形分析方法簡介彎曲與扭轉(zhuǎn)組合01對于同時受到彎曲和扭轉(zhuǎn)作用的構(gòu)件，需要分別計算其彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，然后按照強度理論進行疊加，得到組合應(yīng)力并進行強度校核。拉伸與壓縮組合02對于同時受到