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第二章　 轴向拉压应力与材料的力学性能

第二章　 轴向拉压应力与材料的力学性能. 本章主要研究：  拉压杆的内力、应力与强度计算  材料在拉伸与压缩时的力学性能  拉压杆连接部分的强度计算  简要介绍结构可靠性设计的概念. §1 引言 §2 轴力与轴力图 §3 拉压杆的应力 §4 材料拉伸时的力学性能 §5 材料拉压力学性能进一步研究 §6 应力集中与材料疲劳 §7 许用应力与轴向拉压强度条件 §8 连接部分的强度计算 §9 结构可靠性设计概念简介. §1 引 言.  轴向拉压 实例  轴向拉压 及其特点.  轴向拉压 实例.

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第二章　 轴向拉压应力与材料的力学性能

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  1. 第二章　轴向拉压应力与材料的力学性能 本章主要研究： 拉压杆的内力、应力与强度计算 材料在拉伸与压缩时的力学性能  拉压杆连接部分的强度计算 简要介绍结构可靠性设计的概念

  2. §1 引言 §2 轴力与轴力图 §3 拉压杆的应力 §4 材料拉伸时的力学性能 §5 材料拉压力学性能进一步研究 §6 应力集中与材料疲劳 §7 许用应力与轴向拉压强度条件 §8 连接部分的强度计算 §9 结构可靠性设计概念简介

  3. §1 引 言  轴向拉压实例  轴向拉压及其特点

  4.  轴向拉压实例 拉压杆

  5.  轴向拉压及其特点 外力特征：外力或其合力作用线沿杆件轴线 变形特征：轴向伸长或缩短，轴线仍为直线 轴向拉压:以轴向伸长或缩短为主要特征的 变形形式 拉 压 杆:以轴向拉压为主要变形的杆件

  6. §2 轴力与轴力图  轴力  轴力计算  轴力图

  7.  轴力 轴力定义：通过截面形心并沿杆件轴线的内力 符号规定：拉力为正,压力为负

  8.  轴力计算 试分析杆的轴力 （F1=F，F2=2F） 要点：逐段分析轴力；设正法求轴力

  9.  轴力图 以横坐标 x表示横截面位置，以纵坐标 FN表示轴力，绘制轴力沿杆轴的变化曲线。 表示轴力沿杆轴变化情况的图线（即FN-x 图 ），称为轴力图

  10. §3 拉压杆的应力 拉压杆横截面上的应力  拉压杆斜截面上的应力  圣维南原理  例题

  11. 拉压杆横截面上的应力 1.试验观察 横线仍为直线,仍垂直于杆件轴线,只是间距增大。.

  12. 3.横截面正应力公式 2. 假设 横截面上各点处仅存在正应力, 并沿横截面均匀分布 设杆件横截面的面积为A,轴力为FN,则

  13. 拉压杆斜截面上的应力 1. 斜截面应力分析 斜截面方位用a 表示，并规定，以x轴为始边，逆时针转向者为正 问题：斜截面上有何应力？如何分布？

  14. 横截面间 的纤维变 形相同 斜截面上 的应力均 匀分布 横截面上 的正应力 均匀分布 斜截面间 的纤维变 形相同

  15. 2. 应力pa 3. 应力sa 、ta与最大应力

  16. 圣维南原理 杆端应力分布

  17. 应力均匀区 （杆端镶入底座,横向变形受阻） 圣维南原理 “ 力作用于杆端的分布方式，只影响杆端局部范围的应力分布，影响区约距杆端 1~2 倍杆的横向尺寸”

  18. 例1 已知：F = 50 kN，A = 400 mm2 试求：截面 m-m 上的应力 例 题 解：1. 轴力与横截面应力

  19. 2. 斜截面 m-m 上的应力

  20. §4材料拉伸时的力学性能  拉伸试验与应力－应变图  材料拉伸力学性能  材料在卸载与再加载时的力学行为  材料的塑性

  21.  拉伸试验与应力－应变图 1. 拉伸标准试样 GB/T6397-1986《金属拉伸试验试样》

  22. 2. 拉伸试验 试验装置

  23. 拉伸试验与拉伸图 (F-Dl曲线)

  24. 滑移线  拉伸力学性能

  25. 滑移线 缩颈与断裂

  26. sp-比例极限 ss-屈服极限 sb-强度极限 E=tana-弹性模量

  27.  材料在卸载与再加载时的力学行为 se－弹性极限 ep－塑性应变 ee－弹性应变 冷作硬化：由于预加塑性变形，而使se (或sp)提高的现象

  28.  材料的塑性  塑性 材料能经受较大塑性变形而不破坏的能力  伸长率 l－试验段原长（标距） Dl0－试验段残余变形

  29.  断面收缩率 A－试验段横截面原面积 A1－断口的横截面面积  塑性与脆性材料 塑性材料： d 5 % 例如结构钢与硬铝等 脆性材料： d< 5 % 例如灰口铸铁与陶瓷等

  30. §5 材料拉压力学性能进一步研究 一般金属材料的力学性能  复合与高分子材料的力学性能  材料压缩时的力学性能 温度对力学性能的影响

  31. 30铬锰硅钢 50钢 s /MPa 硬铝 e /%  一般金属材料的力学性能 塑性材料拉伸 s 0.2－名义屈服极限

  32. 灰口铸铁拉伸 断口与轴线垂直

  33.  复合与高分子材料的力学性能 高分子材料 复合材料

  34.  材料压缩时的力学性能 低碳钢压缩 愈压愈扁

  35. 灰口铸铁压缩 s cb= 3~4s tb 断口与轴线约成45o

  36.  温度对力学性能的影响 钢的强度、塑性随温度变化的关系

  37. E E,G/GPa G T/C 钢的弹性常数随温度变化的关系

  38. 世贸中心塌毁 （点击画面，可重复点击） 大厦受撞击后，为什麽沿铅垂方向塌毁 ？ 据分析，由于大量飞机燃油燃烧，温度高达1200 C，组成大楼结构的钢材强度急剧降低，致使大厦铅垂塌毁

  39. §6应力集中与材料疲劳  应力集中概念  交变应力与材料疲劳概念  应力集中对构件强度的影响

  40.  应力集中概念 应力集中 由于截面急剧变化引起应力局部增大现象 应力集中因素 smax－最大局部应力 sn －名义应力

  41.  交变应力与材料疲劳概念 随时间循环或交替变化的应力 交变或循环应力

  42. s b s s s /MPa s r lg N 疲劳破坏与S-N曲线 在s 作用下，构件经历了N次应力循环后，发生破坏 s r－持久极限  在交变应力作用下，材料或构件产生可见裂纹或完全断裂的现象 ，称为疲劳破坏  在交变应力作用下，应力 s（s 或t）与相应应力循环数（或寿命） N 的关系曲线，称为S-N曲线

  43. 裂纹萌生部位(应力集中处) 钢拉伸疲劳断裂 最后断裂部位 疲劳破坏主要特点 破坏时应力低于sb甚至ss 即使是塑性材料，也呈现脆性断裂 经历裂纹萌生、逐渐扩展到最后断裂三阶段

  44. 对于脆性材料构件，当smax＝sb时，构件断裂 对于塑性材料构件，当smax达到ss后再增加载荷， s分布趋于均匀化，不影响构件静强度  应力集中对构件强度的影响 应力集中促使疲劳裂纹的形成与扩展，对构件（ 塑性与脆性材料）的疲劳强度影响极大

  45. §7 许用应力与轴向强度条件  失效与许用应力  轴向拉压强度条件  例题

  46.  失效与许用应力 静荷失效 断裂与屈服，相应极限应力 许用应力 构件工作应力的最大容许值 n 1 安全因素

  47.  轴向拉压强度条件 强度条件 保证拉压杆不致因强度不够而破坏的条件 - 变截面变轴力拉压杆 - 等截面拉压杆 常见强度问题类型 校核强度知杆外力、A与[s]，检查杆能否安全工作 截面设计知杆外力与[s]，确定横截面面积 确定承载能力知杆A与[s]，确定杆能承受的FN,max

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