《材料力學附錄》課件

材料力學附錄本課件旨在提供材料力學基礎知識的補充內(nèi)容，包含部分公式推導、案例分析以及應用拓展。課件概述內(nèi)容豐富涵蓋材料力學基礎知識，以及相關理論和應用。圖文并茂配以清晰的圖片和圖表，便于理解和記憶。結(jié)構清晰采用邏輯清晰的結(jié)構，方便學生學習和復習。課件大綱第一章:材料性能討論材料的力學性質(zhì)，包括強度、剛度、韌性、塑性等。第二章:單軸拉伸分析單軸拉伸下的應力-應變關系，介紹彈性變形、塑性變形和斷裂分析。第三章:軸向壓縮探討軸向壓縮下的力學行為，包括彈性變形、塑性變形和穩(wěn)定性分析。第四章:剪切應力介紹剪切應力概念，分析剪切應力下的力學行為和應用場景。第五章:扭轉(zhuǎn)載荷分析扭轉(zhuǎn)載荷下的應力-應變關系，探討扭轉(zhuǎn)載荷的應用。第一章材料性能本章將介紹材料的基本性能，為后續(xù)章節(jié)的分析奠定基礎。1.1材料的力學性能強度材料抵抗斷裂或屈服的能力，即材料在斷裂或屈服之前所能承受的最大應力。剛度材料抵抗變形的能力，即材料在受到外力作用時發(fā)生變形程度的大小。韌性材料吸收能量的能力，即材料在斷裂之前所能吸收的能量大小。塑性材料發(fā)生永久變形的能力，即材料在受到外力作用后，即使外力去除，仍然保持部分變形的能力。1.2應力-應變關系描述材料在受力時變形程度與所受應力的關系用數(shù)學公式表達應力與應變之間的關系通過實驗測定材料的應力-應變曲線1.3材料的分類金屬材料例如鋼鐵，鋁，銅等。非金屬材料例如木材，塑料，陶瓷等。復合材料例如玻璃纖維增強塑料，碳纖維增強塑料等。第二章單軸拉伸拉伸試驗單軸拉伸試驗是材料力學中最基本、最重要的實驗之一。通過拉伸試驗可以獲得材料的各種力學性能指標。應用廣泛單軸拉伸試驗的結(jié)果廣泛應用于工程設計和材料選擇。例如，在設計橋梁、建筑物等結(jié)構時，需要根據(jù)材料的拉伸強度來確定結(jié)構的承載能力。2.1單軸拉伸的基本概念拉伸試驗單軸拉伸試驗是材料力學中最基本的一種試驗，用于測試材料在單軸拉伸載荷下的力學性能。應力-應變關系通過拉伸試驗，可以得到材料的應力-應變關系曲線，該曲線反映了材料在拉伸載荷下的力學行為。2.2應力與應變的關系應力材料內(nèi)部抵抗外力的能力。應變材料在外力作用下發(fā)生的形變程度。2.3彈性變形應力與應變的關系彈性變形是指材料在卸載后能夠恢復原狀的變形，其應力與應變之間呈線性關系。彈性模量彈性模量反映了材料抵抗彈性變形的程度，其數(shù)值越高，材料越硬，抵抗變形的能力越強。彈性極限彈性極限是指材料發(fā)生永久變形時的應力值，超過彈性極限，材料將不再完全恢復原狀。2.4塑性變形永久變形塑性變形是指材料在載荷去除后，仍然保留一定的永久變形。這是因為材料內(nèi)部的晶體結(jié)構發(fā)生了永久性變化。應力-應變曲線在塑性變形階段，應力-應變曲線呈非線性關系，并且應力不再與應變成正比。影響因素塑性變形的大小受到材料的性質(zhì)、溫度、載荷速度等因素的影響。2.5斷裂分析材料的斷裂是指材料在拉伸、壓縮或彎曲等載荷作用下，由于內(nèi)部應力集中而發(fā)生斷裂。斷裂分析主要研究材料的斷裂強度、斷裂韌性、斷裂機理等。通過斷裂分析，可以預測材料的斷裂壽命、設計安全可靠的結(jié)構，并提高材料的抗斷裂性能。第三章軸向壓縮軸向壓縮的基本概念當外力作用在物體上，使其沿其軸線方向產(chǎn)生縮短的現(xiàn)象，稱為軸向壓縮。應力與應變的關系軸向壓縮應力是指壓縮力與截面積之比，應變是指物體長度的相對變化。3.1軸向壓縮的基本概念概念軸向壓縮是指作用在物體軸線方向上的壓力。它會導致物體沿軸線方向縮短，并產(chǎn)生應力。應力壓縮應力是指作用在物體橫截面積上的內(nèi)力，單位為帕斯卡（Pa）。應變壓縮應變是指物體長度的變化量與原始長度之比，是一個無量綱的量。3.2應力與應變的關系應力物體在受外力作用時，其內(nèi)部各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力。應力是物體內(nèi)部單位面積上的內(nèi)力，它表示物體抵抗外力的能力。應變物體在受外力作用時，其形狀和尺寸發(fā)生的變化，稱為變形。應變是物體變形程度的量度，它表示物體變形的大小。3.3彈性變形在外部載荷作用下，材料發(fā)生變形，但當載荷移除后，材料能恢復到原來的形狀。彈性變形是指材料在載荷作用下發(fā)生形變，但當載荷去除后能恢復到原狀的變形。彈性變形與應力之間呈線性關系，遵循胡克定律，可用應力-應變曲線描述。3.4塑性變形永久變形在應力超過屈服強度后，材料會發(fā)生永久變形，即使應力解除，變形也不會消失。塑性指標塑性變形程度由伸長率和斷面收縮率等指標衡量。實際應用塑性變形是許多工程應用的基礎，例如金屬沖壓、拉伸和彎曲。3.5穩(wěn)定性分析1臨界載荷當載荷超過臨界值時，結(jié)構可能會發(fā)生失穩(wěn)，導致結(jié)構變形或倒塌。2屈曲在壓縮載荷下，細長構件可能發(fā)生橫向彎曲，即屈曲，影響其承載能力。3穩(wěn)定性計算通過計算臨界載荷和屈曲系數(shù)，評估結(jié)構的穩(wěn)定性，確保結(jié)構在設計載荷下保持穩(wěn)定。第四章剪切應力基本概念剪切應力是指作用在物體表面上與表面平行的力所產(chǎn)生的應力。它通常出現(xiàn)在連接部件和結(jié)構中，例如螺栓、鉚釘或焊接處。應用場景剪切應力分析在橋梁、建筑物、機械設備等結(jié)構的設計和評估中至關重要，它可以幫助工程師確保結(jié)構的強度和穩(wěn)定性。4.1剪切應力的基本概念剪切應力定義剪切應力是指作用在物體表面上的力，該力與物體表面平行。剪切應力的單位剪切應力的單位通常為帕斯卡（Pa）或牛頓每平方米（N/m2）。剪切應力計算剪切應力可以使用公式τ=F/A計算，其中F是作用力，A是物體表面積。4.2應力與應變的關系剪切應力與剪切應變之間存在比例關系。在彈性范圍內(nèi)，剪切應力與剪切應變成正比。比例系數(shù)稱為剪切模量，表示材料抵抗剪切變形的能力。剪切應力的應用1結(jié)構設計剪切應力在結(jié)構設計中至關重要，確保結(jié)構能夠承受剪切載荷。2材料加工剪切應力在材料加工中用于塑性變形，例如沖壓和彎曲。3機械傳動剪切應力在機械傳動中用于傳遞扭矩和動力。第五章扭轉(zhuǎn)載荷扭轉(zhuǎn)載荷是指物體受到扭轉(zhuǎn)力矩的作用，使其發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。扭矩扭矩是力矩的一種形式，它會導致物體繞軸線旋轉(zhuǎn)。剪切應力扭轉(zhuǎn)載荷會導致物體內(nèi)部產(chǎn)生剪切應力，從而引起變形。5.1扭轉(zhuǎn)載荷的基本概念扭矩扭矩是繞著物體軸線旋轉(zhuǎn)的力矩，會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應力。扭轉(zhuǎn)應力扭轉(zhuǎn)應力是物體截面上垂直于半徑方向的應力。扭轉(zhuǎn)角扭轉(zhuǎn)角是物體截面在扭轉(zhuǎn)載荷作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)的角度。5.2應力與應變的關系扭轉(zhuǎn)應力扭轉(zhuǎn)應力是指作用在橫截面上的剪切應力，它與扭矩和截面形狀有關。扭轉(zhuǎn)應變扭轉(zhuǎn)應