《受壓受拉》課件

受壓受拉探討材料在受到壓力和拉力作用下的響應(yīng)過程及其對應(yīng)用的影響。通過實驗和分析,了解材料在不同應(yīng)力作用下的變形特征。課程大綱總體概覽本課程將全面介紹受壓與受拉的基本概念、應(yīng)力與變形的關(guān)系,以及具體工程應(yīng)用分析。主要內(nèi)容包括受壓與受拉的區(qū)別、應(yīng)力與變形的基本規(guī)律、常見材料的性能分析,以及平面應(yīng)力狀態(tài)和構(gòu)件受力分析。實用價值學(xué)習(xí)本課程可以掌握受壓受拉分析的理論基礎(chǔ),并應(yīng)用于工程實踐中的設(shè)計與評估。什么是受壓受拉受壓受拉是一種常見的受力形式。當(dāng)物體受到外力作用時,會產(chǎn)生壓縮或拉伸變形。受壓是指物體受到壓力而產(chǎn)生的變形,如人體支撐重物時所受的壓力;受拉則是指物體受到拉力而產(chǎn)生的變形,如鋼索承受重量時的拉伸應(yīng)力。受壓力與受拉力的區(qū)別受壓力受壓力是指作用在物體表面的壓向內(nèi)部的力。例如，重物壓在桌子上，就會產(chǎn)生受壓力。受拉力受拉力是指作用在物體表面的向外拉的力。例如，拉扯一根繩子，就會產(chǎn)生受拉力。變形與失效受壓力會導(dǎo)致物體壓縮變形,而受拉力會導(dǎo)致物體拉伸變形。兩種力都可能導(dǎo)致物體失效。受壓與受拉的五大特征應(yīng)力方向受壓力作用時，應(yīng)力方向與物體運動方向相反，而受拉力作用時，應(yīng)力方向與物體運動方向一致。應(yīng)力狀態(tài)受壓力會產(chǎn)生壓應(yīng)力，表現(xiàn)為負(fù)值；受拉力會產(chǎn)生拉應(yīng)力，表現(xiàn)為正值。變形狀態(tài)受壓會導(dǎo)致物體體積減小、長度縮短；受拉會導(dǎo)致物體體積增大、長度增加。材料特性受壓時材料表現(xiàn)為抗壓性能，受拉時材料表現(xiàn)為抗拉性能，兩種性能各異。為什么要學(xué)習(xí)受壓受拉確保安全穩(wěn)固合理理解受壓受拉原理,可以更好地設(shè)計和評估工程結(jié)構(gòu),確保建筑物能安全承受各種荷載。優(yōu)化材料選用深入了解材料在受壓受拉下的性能特征,有助于選用最佳材料,提升結(jié)構(gòu)的承載能力。掌握分析方法掌握受壓受拉的分析理論與計算方法,可以準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形,提高設(shè)計水平。受壓受拉的基本概念受壓受拉是指材料在外力作用下發(fā)生擠壓或拉伸變形的過程。這種變形會導(dǎo)致材料內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力。了解受壓受拉的基本特征和規(guī)律,對于合理設(shè)計、選材和保證工程安全至關(guān)重要。受壓受拉的基本概念包括應(yīng)力、應(yīng)變、彈性變形和塑性變形等,這些概念為材料強(qiáng)度分析和設(shè)計提供了基礎(chǔ)。受壓體的種類與特征1受壓件的類型受壓體主要包括柱、墻、支架、建筑構(gòu)件等。不同類型的受壓體有其特定的受力特點和變形特征。2截面形狀受壓體的截面形狀會影響其承載能力和穩(wěn)定性,常見有圓形、方形、矩形等截面。3細(xì)長比細(xì)長比是受壓體長度和截面尺寸的比值,它直接決定了受壓體的穩(wěn)定性。細(xì)長比越大,越容易發(fā)生屈曲失穩(wěn)。4材料特性受壓體的材料性能,如強(qiáng)度、剛度、塑性等,會影響其受壓后的變形特征和承載能力。受拉體的種類與特征鋼材主要受拉體,具有良好的抗拉強(qiáng)度和延伸性能。廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械等領(lǐng)域。繩索由絲綢、蛇皮等材料制成,主要用于索具系統(tǒng)。具有優(yōu)異的抗拉韌性。電纜由多根導(dǎo)線組成,兼具導(dǎo)電和抗拉功能。廣泛應(yīng)用于電力、通訊等領(lǐng)域。鏈條由多個鏈環(huán)連接而成,具有良好的抗拉強(qiáng)度和耐久性。廣泛應(yīng)用于吊裝、傳動等場合。應(yīng)力的定義與分類1應(yīng)力的定義應(yīng)力是指物體內(nèi)部單位面積上所承受的內(nèi)力,表示為每單位面積的力。2應(yīng)力的分類應(yīng)力可分為兩大類:正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力是垂直于面的應(yīng)力,切應(yīng)力是平行于面的應(yīng)力。3正應(yīng)力的種類正應(yīng)力包括拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和體應(yīng)力。拉應(yīng)力使物體拉伸,壓應(yīng)力使物體受壓縮,體應(yīng)力使物體體積改變。4切應(yīng)力的種類切應(yīng)力主要包括扭應(yīng)力和剪應(yīng)力。扭應(yīng)力使物體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形,剪應(yīng)力使物體沿切向發(fā)生滑移變形。應(yīng)力與變形的關(guān)系1應(yīng)力物體內(nèi)部的內(nèi)力2應(yīng)變物體形狀或尺寸的改變3彈性區(qū)應(yīng)力與應(yīng)變成正比4塑性區(qū)應(yīng)力與應(yīng)變不成正比應(yīng)力與變形的關(guān)系是材料力學(xué)的核心問題。當(dāng)物體受到外力作用時,物體內(nèi)部會產(chǎn)生應(yīng)力,這會導(dǎo)致物體發(fā)生變形。在彈性區(qū)內(nèi),應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系,遵循胡克定律。而在塑性區(qū)內(nèi),應(yīng)力與應(yīng)變呈非線性關(guān)系。了解這種關(guān)系,對于分析和預(yù)測物體的承載能力至關(guān)重要。正應(yīng)力及其表示方式定義正應(yīng)力是指作用于某一點表面上的力的方向與該表面法線方向一致的應(yīng)力。表示正應(yīng)力以σ表示,上標(biāo)表示其作用方向,下標(biāo)表示考慮的面。符號約定當(dāng)力作用在物體表面時,其正方向指向內(nèi)部。拉力為正,壓力為負(fù)。切應(yīng)力及其表示方式切應(yīng)力概念切應(yīng)力是垂直于切面的應(yīng)力分量,表示物體在切面上受到的剪切作用。切應(yīng)力表示切應(yīng)力可以用數(shù)學(xué)公式表示為作用在切面上的力與切面積的比值。切應(yīng)力分布切應(yīng)力在不同切面上的分布可能不均勻,需要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。應(yīng)力元組成分應(yīng)力元由三個相互垂直的正應(yīng)力和三個相互垂直的切應(yīng)力組成。這六個應(yīng)力分量完全描述了一點的應(yīng)力狀態(tài)。正應(yīng)力反映物體在該點受到的拉伸或壓縮作用，切應(yīng)力反映物體在該點受到的剪切作用。全面了解應(yīng)力元的組成是掌握應(yīng)力分析的關(guān)鍵。應(yīng)力狀態(tài)的表達(dá)方式單軸應(yīng)力當(dāng)物體只受一個作用方向的應(yīng)力時,稱為單軸應(yīng)力狀態(tài)?？捎靡粋€應(yīng)力分量表示。平面應(yīng)力當(dāng)物體只受兩個作用方向的應(yīng)力時,稱為平面應(yīng)力狀態(tài)。可用兩個正應(yīng)力分量和一個剪應(yīng)力分量表示。三維應(yīng)力當(dāng)物體受三個方向的應(yīng)力時,稱為三維應(yīng)力狀態(tài)。需用三個正應(yīng)力分量和三個剪應(yīng)力分量來表示。主應(yīng)力及其求解1最大主應(yīng)力應(yīng)力狀態(tài)下的最大正應(yīng)力值2中間主應(yīng)力應(yīng)力狀態(tài)下的中間正應(yīng)力值3最小主應(yīng)力應(yīng)力狀態(tài)下的最小正應(yīng)力值主應(yīng)力是描述應(yīng)力狀態(tài)的三個主要分量,分別為最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力。通過求解這三個主應(yīng)力及其方向可以全面了解零件或結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài),為設(shè)計和分析提供重要依據(jù)。Mohr應(yīng)力圓與應(yīng)力分析Mohr應(yīng)力圓是一種直觀、簡便的應(yīng)力分析工具。它可以幫助我們直觀地了解應(yīng)力狀態(tài),計算主應(yīng)力和主應(yīng)力方向,分析平面應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力變化。通過Mohr應(yīng)力圓,我們可以更深入地理解正應(yīng)力和切應(yīng)力之間的關(guān)系,并根據(jù)實際情況選擇合適的設(shè)計參數(shù),確保結(jié)構(gòu)安全。變形的定義與種類變形的定義變形是指物體在外力作用下發(fā)生形狀或尺寸的改變。這種改變可以是可逆的彈性變形，也可以是不可逆的塑性變形。變形的種類常見的變形包括拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等。這些變形會導(dǎo)致物體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。理解不同變形類型的特點對于分析結(jié)構(gòu)受力非常重要。變形的基本公式應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系物體受到外力作用時會產(chǎn)生變形,其變形量與作用力的大小成正比。這種應(yīng)力-應(yīng)變的線性關(guān)系被稱為胡克定律,是理解材料變形的基礎(chǔ)。應(yīng)力與應(yīng)變的定義應(yīng)力是物體內(nèi)部受力的大小,用σ表示;應(yīng)變是物體受力后產(chǎn)生的相對變形,用ε表示。兩者之間的關(guān)系決定了材料的變形特性。胡克定律在彈性變形階段,應(yīng)力與應(yīng)變成正比,比例常數(shù)就是彈性模量E。這一線性關(guān)系被稱為胡克定律,是分析變形的基本公式。彈性變形的基本規(guī)律胡克定律應(yīng)力與應(yīng)變成正比,材料呈現(xiàn)線性彈性行為?？赡嫘砸坏┩饬ο?材料能完全恢復(fù)到原狀,不會產(chǎn)生永久變形。能量守恒施加于材料上的外力做功全部轉(zhuǎn)化為材料內(nèi)部的彈性勢能。塑性變形及其特點1永久性變形塑性變形是一種永久性的變形，即材料在受力后無法恢復(fù)到原始狀態(tài)。2不同的延伸能力不同材料在塑性變形時具有不同的延伸能力，有的材料延伸性很好，有的則很差。3應(yīng)力超過屈服極限塑性變形發(fā)生在應(yīng)力超過材料的屈服極限后，材料開始發(fā)生永久性改變。4與加工工藝有關(guān)塑性變形的特點還與材料的加工工藝有密切關(guān)系，如冷加工和熱加工會產(chǎn)生不同的變形特點。常見材料的受壓受拉性能鋼材鋼材對受壓具有良好的抗壓性能,但受拉時容易發(fā)生斷裂?？商岣咪摬牡捻g性和塑性。混凝土混凝土的抗壓性能很好,但抗拉性較差。通過增加鋼筋可提高其受拉性能。木材木材具有良好的抗壓性和抗拉性,可經(jīng)受較大的受壓與受拉應(yīng)力。但受環(huán)境影響易變形。塑料塑料材料抗壓性能較差,但抗拉性較好,可承受較大的受拉應(yīng)力而不會斷裂。平面應(yīng)力與平面應(yīng)變狀態(tài)1平面應(yīng)力狀態(tài)當(dāng)一個物體的應(yīng)力主要分布在兩個垂直方向上時,即為平面應(yīng)力狀態(tài)。這種狀態(tài)通常發(fā)生在薄壁構(gòu)件中,例如薄板、薄壁管等。2平面應(yīng)變狀態(tài)當(dāng)一個物體的應(yīng)變主要分布在兩個垂直方向上時,即為平面應(yīng)變狀態(tài)。這種狀態(tài)通常發(fā)生在厚壁構(gòu)件中,例如厚壁管、大型結(jié)構(gòu)件等。3兩種狀態(tài)的區(qū)別平面應(yīng)力狀態(tài)下,應(yīng)力和應(yīng)變?nèi)S分布,而平面應(yīng)變狀態(tài)下,應(yīng)變?nèi)S分布,應(yīng)力二維分布。兩種狀態(tài)分析方法不同,適用范圍也不同。平面應(yīng)力與平面應(yīng)變分析1平面應(yīng)力狀態(tài)平面應(yīng)力狀態(tài)是指在三維空間內(nèi)只有兩個主應(yīng)力分量的應(yīng)力狀態(tài)。這種應(yīng)力狀態(tài)常見于薄板、薄壁容器等工程構(gòu)件中。2平面應(yīng)變狀態(tài)平面應(yīng)變狀態(tài)是指在三維空間內(nèi)只有兩個主應(yīng)變分量的應(yīng)變狀態(tài)。這種應(yīng)變狀態(tài)常見于長長的構(gòu)件如梁、柱等。3分析方法通過構(gòu)建Mohr圓、應(yīng)力(應(yīng)變)分量之間的幾何關(guān)系等方法,可以計算平面應(yīng)力(應(yīng)變)狀態(tài)下的各應(yīng)力(應(yīng)變)分量。厚壁管與薄壁管的受壓分析1薄壁管承受內(nèi)外壓力時主要產(chǎn)生均勻應(yīng)力分布2厚壁管內(nèi)外壓力差導(dǎo)致應(yīng)力分布不均勻3射流管受內(nèi)壓時會出現(xiàn)由內(nèi)至外的應(yīng)力分布薄壁管在受到內(nèi)外壓力作用時,可以認(rèn)為管壁內(nèi)外壓力差很小,因此應(yīng)力分布較為均勻。而厚壁管由于內(nèi)外壓差明顯,會產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力分布,需要進(jìn)行復(fù)雜的分析。特殊的射流管在受內(nèi)壓時,還會出現(xiàn)由內(nèi)到外逐漸遞減的應(yīng)力分布特點。梁的受彎受拉受壓分析1彎曲應(yīng)力梁體受到彎曲力作用時會產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。2拉應(yīng)力梁的一側(cè)會產(chǎn)生拉應(yīng)力，另一側(cè)產(chǎn)生壓應(yīng)力。3剪應(yīng)力梁體還會受到剪應(yīng)力的作用。4組合應(yīng)力梁體會承受彎曲、拉伸和剪切三種復(fù)合應(yīng)力。梁是一種常見的受力構(gòu)件,需要綜合分析其受彎、受拉和受壓的應(yīng)力狀態(tài)。梁體上部承受壓應(yīng)力,下部承受拉應(yīng)力,中性軸附近產(chǎn)生剪應(yīng)力。梁的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性分析對工程設(shè)計至關(guān)重要。軸與銷的受壓受拉分析軸的受壓分析軸在受到軸向壓力時會產(chǎn)生軸向應(yīng)力，需要綜合考慮材料強(qiáng)度特性和應(yīng)力分布情況。合理設(shè)計能確保軸不會發(fā)生屈曲或過大變形。軸的受拉分析軸在受到拉力時,應(yīng)注意應(yīng)力集中區(qū)域,必須確保軸的抗拉強(qiáng)度能夠承受施加的拉力。同時還要考慮軸與其他零件的連接情況。銷的受壓分析銷在受到壓力時,受載面積的大小直接影響銷的承載能力。需要根據(jù)銷的直徑、長度和材料特性合理設(shè)計,確保銷不會發(fā)生屈曲或擠壓破壞。銷的受拉分析銷在受到拉力時,應(yīng)注意應(yīng)力集中區(qū)域,必須確保銷的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度能夠承受施加的拉力。同時還要考慮銷與其他零件的配合情況。本課程的總結(jié)與展望課程總結(jié)通過對受壓