材料力学课件第二章拉压

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第二章 拉伸与压缩,目 录,1,第二章 拉伸与压缩,2-1,概 述,2-2,轴 力 和 轴 力 图,2-3,截 面 上 的 应 力,2-4,材料拉伸时的力学性质,2-5,材料压缩时的力学性质,2-6,拉 压 杆 的 强 度 条 件,2-7,拉压杆的变形 胡克定律,2-8,拉、 压 超 静 定 问 题,2-9,装配应力 和 温度应力,2-10,拉伸、压缩时的应变能,2-11,应 力 集 中 的 概 念,目录,目 录,2,2-1,概述,2-1,目 录,3,2-1,概述,目 录,4,2-1,概述,目 录,5,2-1,概述,目 录,6,特点：,作用在杆件上的外力合力的作用线与杆件轴线重合，杆件变形是沿轴线方向的伸长或缩短。,杆的受力简图为,F,F,拉伸,F,F,压缩,2-1,概述,目 录,7,2-1,概述,目 录,8,2-2,轴力和轴力图,F,F,1、轴力：横截面上的内力,2、截面法求轴力,m,m,F,F,N,切: 假想沿m-m横截面将杆切开,留: 留下左半段或右半段,代: 将抛掉部分对留下部分的作用用内力代替,平: 对留下部分写平衡方程求出内力即轴力的值,F,F,N,2-2,目 录,9,2-2,轴力和轴力图,3、轴力正负号：拉为正、压为负,4、轴力图：轴力沿杆件轴线的变化,由于外力的作用线与杆件的轴线重合，内力的作用线也与杆件的轴线重合。所以称为轴力。,2-2,F,F,m,m,F,F,N,F,F,N,目 录,10,2-2,轴力和轴力图,已知,F,1,=10kN；,F,2,=20kN；,F,3,=35kN；,F,4,=25kN;试画出图示杆件的轴力图。,1,1,例题2-1,F,N1,F,1,解：,1、计算各段的轴力。,F,1,F,3,F,2,F,4,A,B,C,D,AB段,BC段,2,2,3,3,F,N3,F,4,F,N2,F,1,F,2,CD段,2、绘制轴力图。,目 录,11,2-2,轴力和轴力图,西工大,目 录,12,2-3,截面上的应力,横截面上的应力,杆件的强度不仅与轴力有关，还与横截面面积有关。必须用应力来比较和判断杆件的强度。,2-3,目 录,13,2-3,截面上的应力,横截面上的应力,目 录,14,2-3,截面上的应力,横截面上的应力,目 录,15,2-3,截面上的应力,横截面上的应力,目 录,16,2-3,截面上的应力,横截面上的应力,目 录,17,2-3,截面上的应力,横截面上的应力,该式为横截面上的正应力计算公式。正应力和轴力F,N,同号。即拉应力为正，压应力为负。,圣文南原理,目 录,18,2-3,截面上的应力,横截面上的应力,目 录,19,2-3,截面上的应力,例题2-2,图示结构，试求杆件AB、CB的应力。已知,F,=20kN；斜杆AB为直径20mm的圆截面杆，水平杆CB为1515的方截面杆。,F,A,B,C,解：,1、计算各杆件的轴力。（设斜杆为1杆，水平杆为2杆）用截面法取节点B为研究对象,45,1,2,F,B,F,45,目 录,20,2-3,截面上的应力,2、计算各杆件的应力。,F,A,B,C,45,1,2,F,B,F,45,目 录,21,2-4,材料拉伸时的力学性质,力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所表现出的力学性能,一 试件和实验条件,常温、静载,2-4,目 录,22,2-4,材料拉伸时的力学性质,目 录,23,2-4,材料拉伸时的力学性质,二 低碳钢的拉伸,目 录,24,2-4,材料拉伸时的力学性质,明显的四个阶段,1、弹性阶段ob,比例极限,弹性极限,2、屈服阶段bc（失去抵抗变形的能力）,屈服极限,3、强化阶段ce（恢复抵抗变形的能力）,强度极限,4、局部径缩阶段ef,目 录,25,2-4,材料拉伸时的力学性质,两个塑性指标:,断后伸长率,断面收缩率,为塑性材料,为脆性材料,低碳钢的,为塑性材料,目 录,26,2-4,材料拉伸时的力学性质,三 卸载定律及冷作硬化,1、弹性范围内卸载、再加载,2、过弹性范围卸载、再加载,即材料在卸载过程中应力和应变是线形关系，这就是,卸载定律,。,材料的比例极限增高，延伸率降低，称之为,冷作硬化或加工硬化,。,目 录,27,2-4,材料拉伸时的力学性质,四 其它材料拉伸时的力学性质,对于没有明显屈服阶段的塑性材料，用名义屈服极限,p0.2,来表示。,目 录,28,2-4,材料拉伸时的力学性质,对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现象，试件突然拉断。断后伸长率约为0.5%。为典型的脆性材料。,bt,拉伸强度极限（约为140MPa）。它是衡量脆性材料（铸铁）拉伸的唯一强度指标。,目 录,29,2-5,材料压缩时的力学性质,一 试件和实验条件,常温、静载,2-5,目 录,30,2-5,材料压缩时的力学性质,二 塑性材料（低碳钢）的压缩,屈服极限,比例极限,弹性极限,拉伸与压缩在屈服阶段以前完全相同。,E,- 弹性摸量,目 录,31,2-5,材料压缩时的力学性质,三 脆性材料（铸铁）的压缩,脆性材料的抗拉与抗压性质不完全相同,压缩时的强度极限远大于拉伸时的强度极限,目 录,32,目 录,2-5,材料压缩时的力学性质,33,2-6,拉压杆的强度条件,一 安全系数和许用应力,工作应力,极限应力,塑性材料,脆性材料,塑性材料的许用应力,脆性材料的许用应力,2-6,目 录,n,安全系数 许用应力,。,34,2-6,拉压杆的强度条件,二 强度条件,根据强度条件，可以解决三类强度计算问题,1、强度校核：,2、设计截面：,3、确定许可载荷：,目 录,35,2-6,拉压杆的强度条件,例题2-3,解：,1、研究节点A的平衡，计算轴力。,由于结构几何和受力的对称性，两斜杆的轴力相等，根据平衡方程,F,=1000kN，,b,=25mm，,h,=90mm，,=20,0,。,=120MPa。试校核斜杆的强度。,F,F,得,2、强度校核 由于斜杆由两个矩形杆构成，故,A,=2,bh,，工作应力为,斜杆强度足够,目 录,F,36,2-6,拉压杆的强度条件,例题2-4,D=350mm，p=1MPa。螺栓 =40MPa，求直径。,每个螺栓承受轴力为总压力的1/6,解：,油缸盖受到的力,根据强度条件,即螺栓的轴力为,得,即,螺栓的直径为,目 录,37,2-6,拉压杆的强度条件,例题2-5,AC,为50505的等边角钢，,AB,为10号槽钢，,=120MPa。求,F,。,解：,1、计算轴力。（设斜杆为1杆，水平杆为2杆）用截面法取节点A为研究对象,2、根据斜杆的强度，求许可载荷,A,F,查表得斜杆,AC,的面积为,A,1,=24.8cm,2,目 录,38,2-6,拉压杆的强度条件,3、根据水平杆的强度，求许可载荷,A,F,查表得水平杆,AB,的面积为,A,2,=212.74cm,2,4、许可载荷,目 录,39,2-7,拉压杆的变形 胡克定律,一 纵向变形,二 横向变形,钢材的,E,约为200GPa，,约为0.250.33,E,为弹性摸量,EA,为抗拉刚度,泊松比,横向应变,2-7,目 录,40,2-7,拉压杆的变形 胡克定律,目 录,41,2-7,拉压杆的变形 胡克定律,目 录,42,例题2-6,AB,长2m, 面积为200mm,2,。,AC,面积为250mm,2,。,E,=200GPa。,F,=10kN。试求节点,A,的位移。,解：,1、计算轴力。（设斜杆为1杆，水平杆为2杆）取节点A为研究对象,2、根据胡克定律计算杆的变形。,A,F,30,0,2-7,拉压杆的变形 胡克定律,斜杆伸长,水平杆缩短,目 录,43,3、节点A的位移（以切代弧）,A,F,30,0,2-7,拉压杆的变形 胡克定律,目 录,44,2-8,拉、压超静定问题,约束反力（轴力）可由静力平衡方程求得,静定结构：,2-8,目 录,45,2-8,拉、压超静定问题,约束反力不能由平衡方程求得,超静定结构：结构的强度和刚度均得到提高,超静定度（次）数：,约束反力多于独立平衡方程的数,独立平衡方程数：,平面任意力系：,3个平衡方程,平面共点力系：,2个平衡方程,平面平行力系：2个平衡方程,共线力系：1个平衡方程,目 录,46,2-8,拉、压超静定问题,1、列出独立的平衡方程,超静定结构的求解方法：,2、变形几何关系,3、物理关系,4、补充方程,5、求解方程组得,例题2-7,目 录,47,2-8,拉、压超静定问题,例题2-8,变形协调关系:,物理关系:,平衡方程:,解：,（1）,补充方程:,（2）,目 录,木制短柱的4个角用4个40mm40mm4mm的等边角钢加固， 已知角钢的许用应力,st,=160MPa，,E,st,=200GPa；木材的许用应力,W,=12MPa，,E,W,=10GPa，求许可载荷,F,。,250,250,48,2-8,拉、压超静定问题,代入数据，得,根据角钢许用应力，确定,F,根据木柱许用应力，确定,F,许可载荷,目 录,250,250,查表知40mm40mm4mm等边角钢,故,49,2-8,拉、压超静定问题,3杆材料相同，AB杆面积为200mm,2,，AC杆面积为300 mm,2,，AD杆面积为400 mm,2,，若F=30kN，试计算各杆的应力。,列出平衡方程：,即：,列出变形几何关系,，,则AB、AD杆长为,解：,设AC杆杆长为,F,F,例题2-9,目 录,50,2-8,拉、压超静定问题,即：,列出变形几何关系,F,F,将A点的位移分量向各杆投影.得,变形关系为,代入物理关系,整理得,目 录,51,2-8,拉、压超静定问题,F,F,联立，解得：,（压）,（拉）,（拉）,目 录,52,2-11,应力集中的概念,常见的油孔、沟槽等均有构件尺寸突变，突变处将产生应力集中现象。即,称为理论应力集中因数,1、形状尺寸的影响：,尺寸变化越急剧、角越尖、孔越小，应力集中的程度越严重。,2、材料的影响：,应力集中对塑性材料的影响不大；,应力集中对脆性材料的影响严重，应特别注意。,2-11,目 录,53,小结,1.研究对象,2.轴力的计算和轴力图的绘制,3.典型的塑性材料和脆性材料的主要力学性能及相,关指标,4.横截面上的应力计算，拉压强度条件及计算,5.拉（压）杆的变形计算，桁架节点位移,6.拉压超静定的基本概念及超静定问题的求解方法,目 录,54,第二章作业,21a、d、4、6、11、13、17、27、31、,目 录,55,