工程力学材料的拉伸和压缩

1、第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能第第5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能 5.1 概述概述5.2 材料在拉伸时的力学性能材料在拉伸时的力学性能5.3材料在压缩时的力学性能材料在压缩时的力学性能5.4 轴向拉伸或压缩时的强度计算轴向拉伸或压缩时的强度计算第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.1 概概述述5.1 概述概述力学性能：力学性能：在外力作用下材料在变形和破坏方面所在外力作用下材料在变形和破坏方面所表现出的特性。表现出的特性。试验条件：试验条件：常温、静载常温、静载第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料

2、的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸时的力学性能材料在拉伸时的力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能一、拉伸试验试件一、拉伸试验试件标准试件：标准试件：横截面直径横截面直径d标距标距l第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能二二 低碳钢拉伸时的力学性低碳钢拉伸时的力学性能能拉伸图拉伸图应力应变曲线图应力应变曲线图第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2

3、 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能拉拉伸伸图图第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能1、弹性阶段弹性阶段ob 弹性变形：弹性极限弹性变形：弹性极限e 斜直线斜直线oa:oabcefPesb E E 弹性模量弹性模量比例极限比例极限p tg E2、屈服阶段屈服阶段bc屈服极限屈服极限s3、强化阶段强化阶段ce：强度极限强度极限b4、局部径缩阶段局部径缩阶段ef 出现出现450条纹：滑移线条纹：滑移线 主要为塑性变形。主要为塑性变形。 应力不增加，应变不应力不增加，应变不断增加。断增加。第第5 5章章 材料的

4、拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能两个塑性指标两个塑性指标:%100001lll伸长率伸长率:截面收缩率截面收缩率:%100010AAA%5为塑性材料为塑性材料,%5为脆性材料为脆性材料0低碳钢的低碳钢的%3020%60为塑性材料为塑性材料第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能卸载定律及冷作硬化卸载定律及冷作硬化1 弹性范围内卸载、再加载弹性范围内卸载、再加载oabcefPesb2 过弹性范围卸载、再加载过弹性范围卸载、再加载ddghf 即材料在卸载过程中应

5、即材料在卸载过程中应力和应变是线形关系，这力和应变是线形关系，这就是卸载定律。就是卸载定律。 材料的比例极限增高，延材料的比例极限增高，延伸率降低，称之为冷作硬化伸率降低，称之为冷作硬化或加工硬化。或加工硬化。第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能三三 其它材料拉伸时的力学性质其它材料拉伸时的力学性质 对于没有明显屈对于没有明显屈服阶段的塑性材料，服阶段的塑性材料，用名义屈服极限用名义屈服极限0.2来表示。来表示。o%2 . 02 . 0第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.2 材料在拉

6、伸材料在拉伸时的力学性能时的力学性能o1.没有明显的直线阶段，应力应变曲线为微弯的曲线。没有明显的直线阶段，应力应变曲线为微弯的曲线。四、铸铁拉伸时的力学性能四、铸铁拉伸时的力学性能2.没有明显的塑性变形，变形很小，为典型的脆性材料。没有明显的塑性变形，变形很小，为典型的脆性材料。 3.没有屈服和颈缩现象，试件突然拉断。没有屈服和颈缩现象，试件突然拉断。 强度极限强度极限b: 拉断时的最大应力。拉断时的最大应力。b 第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.3 材料在压缩材料在压缩时的力学性能时的力学性能5.3 材料在压缩时的力学性能材料在压缩时的力学性能一、压缩试验

7、试件一、压缩试验试件标准试件：标准试件：横截面直径横截面直径d柱高柱高h第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.3 材料在压缩材料在压缩时的力学性能时的力学性能比例极限比例极限p、屈服极限、屈服极限s、弹性模量、弹性模量E 与拉伸时相同与拉伸时相同强度极限强度极限b测不出。测不出。 s O二、低碳钢压缩时的力学性能二、低碳钢压缩时的力学性能第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.3 材料在压缩材料在压缩时的力学性能时的力学性能三、铸铁压缩时的力学性能三、铸铁压缩时的力学性能铸铁的抗压强度比它的抗拉强度高铸铁的抗压强度比它的抗拉强度高4-5

8、倍。倍。450斜截面破坏。斜截面破坏。128102467006005004003002001000第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.3 材料在压缩材料在压缩时的力学性能时的力学性能第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.3 材料在压缩材料在压缩时的力学性能时的力学性能讨论题讨论题强度高的曲线为强度高的曲线为刚度大的曲线为刚度大的曲线为塑性好的曲线为塑性好的曲线为123123 第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算极限应力极限应力(ultimate

9、stress ):构件失效时的应力。构件失效时的应力。一、许用应力一、许用应力失效失效：构件在外力作用下不能正常安全地工作。：构件在外力作用下不能正常安全地工作。强度破坏强度破坏刚度破坏刚度破坏稳定性破坏稳定性破坏塑性材料：塑性材料：脆性材料：脆性材料：s b 许用应力许用应力 ssn bbn 极限应力极限应力:bsnn 、安全因数。安全因数。5.4 轴向拉伸或压缩时的强度计算轴向拉伸或压缩时的强度计算第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算2 设计截面：设计截面：1 强度校核：强度校核：3 确定许可载荷：确定

10、许可载荷： 应用：应用：二、强度条件二、强度条件 max等直杆：等直杆： ANmaxmax ANmaxmax maxNA AN max 安全经济的原则：安全经济的原则：max不超过不超过的的5%。第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算例例5-1 铸工车间吊运铁水包的吊杆的横截面为矩形，尺寸铸工车间吊运铁水包的吊杆的横截面为矩形，尺寸b=50mm，h=25mm，如图所示，吊杆的许用应力为，如图所示，吊杆的许用应力为80MPa。铁水包自重为铁水包自重为8kN，最多能容，最多能容30kN重的铁水。试校核吊杆的重的铁

11、水。试校核吊杆的强度。强度。 解解: 1 计算吊杆的轴力计算吊杆的轴力: kN19)830(212PFmaxN 2 校核强度校核强度 MPa2 .151050251019AF63Nmaxmax 所以吊杆满足强度条件。所以吊杆满足强度条件。第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算例例5-2 已知一圆杆受拉力已知一圆杆受拉力P =25kN，直径，直径 d =14mm，许用，许用应力应力 =160MPa，试校核此杆是否满足强度要求。，试校核此杆是否满足强度要求。解：解：1 轴力：轴力：FN = P =25KNMPa1

12、62014.014.310254d P4AF232Nmax 2 应力：应力：3 强度校核：强度校核：4 结论：此杆满足强度要求，能够正常工作。结论：此杆满足强度要求，能够正常工作。 max %5%5 . 1160160162 max 但但第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算例例5-3 如图为简易吊车，如图为简易吊车，AB和和BC均为圆形钢杆，已知均为圆形钢杆，已知d1=36mm,d2=25mm, 钢的许用应力钢的许用应力=100MPa。试确定吊。试确定吊车的最大许可起重量。车的最大许可起重量。 解：解：1

13、计算杆计算杆AB、BC的轴力的轴力 :0 X:0 Y 2 求许可载荷求许可载荷 030cosFF1N2N 0W60cosF1N WFN21AFmaxN WFN32第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算当当AB杆达到许用应力时杆达到许用应力时 当当BC杆达到许用应力时杆达到许用应力时 因此该吊车的最大许可载荷只能为因此该吊车的最大许可载荷只能为W=28.3kN。 4dAF211maxN kNdFWN9 .508101001036 82166221maxmax4dAF222maxN kNdFWN3 .283410100102534366222max2max第第5 5章章 材料的拉伸和压缩力学性能材料的拉伸和压缩力学性能5.4 轴向拉伸或压轴向拉伸或压缩时的强度计算缩时的强度计算例例5-4 D=350mm，p=1MPa。螺栓。螺栓 =40MPa，求直径，求直径d。pDF24