过程设备机械设计基础1ppt课件

1、过程设备机械设计根底-学习辅导1华东理工大学郝俊文前言o 学习要求o 能写：填空题o 能判：选择题o 能想：简答题o 能算：计算题o课件构造o教学目的与要求o学习重点o提示o例题/习题解答二二 静力学静力学构件的受力分析构件的受力分析教学目的与要求教学目的与要求o 了解有关力和力平衡的根本概念；o 了解静力学的研讨对象，掌握静力学的根本公理、定理和推论等；o 了解约束的根本类型，并可以运用汇交力系平衡条件、二力平衡公理和平行四边形法那么等进展受力分析，确定未知力的大小和方向；o 了解力矩、力偶矩的根本概念；o 掌握力线平移定理及其证明；o 掌握求解平面恣意力系问题的根本步骤并完成一定数量的习题

2、。重点内容重点内容o 2.1 静力学的根本概念o 1 力和力系的概念o 力是物体之间的相互作用；力系是作用在同一物体上的力的总和。假设力的作用线位于同一平面内，那么称为平面力系，反之，称为空间力系。o 力的三要素o 大小、方向、作用点o 提示1：这里所说的力均指外力，不思索物体内部的相互作用；o 提示2：同一物体的概念是相对的，可以把一个复杂的系统看作一个物体，也可以把系统中的单个元部件看作一个整体，区别在于：对于前者，内部单个元部件之间的作用为内力，而对于后者，内部单个元部件之间的作用成为外力，也就是静力学所研讨的力。2.1 静力学的根本概念o 2 二力平衡公理o 作用于刚体上的两个力，使刚

3、体坚持平衡的必要与充分条件是：这两个力的大小相等、方向相反、且作用在同不断线上。o 提示：该公理对刚体的外形和尺寸没有限制，不能简单了解为二力杆件。o 3 三力平衡汇交定律o 当刚体在三力作用下处于平衡时，假设其中两力的作用线相交于一点，那么第三力的作用线必经过该点，且三力共面。o 举例1 举例2 2.2 约束、约束反力和受力图o 1 约束与约束反力的概念o 所谓约束，是指工程中对某一物体的活动起着限制造用的物体。当物体遭到外力的作用时就会有运动趋势，约束对物体就会产生限制力，这一限制物体运动的力称为约束反力，简称约束力。o 2 自动力与被动力o 可以使物体发生运动或运动趋势的力称为自动力，由

4、自动力引起的限制物体运动的力称为被动力。约束反力是被动力。o 3 约束的根本类型o 约束的根本类型有柔性约束，光滑面约束，固定铰链约束，辊轴支座约束和固定端约束等5种根本类型。各种约束产生的约束力参看教科书。o 提示1：约束的本质是构件之间的相互作用。o 提示2：除了这些约束外，构件之间的相互作 用也可以看作约束。o 4 画受力图的根本步骤：o 根据题意选取研讨对象，单独画出其简图；o 画出作用在分别体上的自动力；o 画出约束反力。凡解除约束处，根据约束性质逐一画上约束反力。o 在同一物系中，画相关构件的受力图时，要利用相关物体间作用力和反作用力的特点，由知方向确定未知的方向。o 提示：构造特

5、别简单时，可画在题图上o 2.3 平面汇交力系的合成与平衡条件o 1 平面汇交力系的合成方法o 平面汇交力系的合成方法有几何法即平行四边形法那么和解析法即投影法。o 2 合力投影定理o 3 平面力系平衡条件xyF0F0o 2.4 平面力偶系的合成与平衡条件o 1 力矩与合力矩o 力矩是用来描画力使物体转动效果的物理量。简称矩。 oM (F )Fd o提示1：描画构件转动效果的物理量o提示2：力矩与矩心位置有关o 提示3：计算力矩时需求用到力臂，力臂的大小为矩心到作用线的间隔 ，所以合力矩的大小与矩心的选取有关；但是合力的矩与各分力矩的和总是相等的，这一等量关系与所取矩心的位置是无关的。o 提示

6、4：我们研讨的对象是处于平衡形状的构件，所以力系的合力和合力矩总是等于零，在这种条件下，我们可以说，处于平衡形状的构件的合力矩与各分力的矩的和相等，且等于0，与矩心的位置无关。o 2 力偶与力偶矩o 力偶是指大小相等，方向相反，不共作用线的一对平行力。o 力偶矩是描画力偶使物体转动效果的物理量。o提示1：力偶的本质是一对力，这对力具有大小相等，方向相反不共作用线的特点。 o提示2：力偶矩的本质是一力矩，是力偶对空间恣意一点的力矩的代数和。提示3：力偶矩没有矩心的概念。力偶矩可以用下式表达：FdFFM) ,(o3 力偶矩的三要素和等效能偶o和力类似，力偶矩也有三要素，分别是大小，方向和作用平面；

7、o凡是这三个要素一样的力偶矩互为等效能偶。 o 5 平面力偶系的合成o 同一平面内的假设干力偶可以合成为一个力偶。称为合力偶。合力偶矩的大小等于各力偶矩之代数和。o 6 平面力偶系的平衡条件o 各力偶矩的代数和，即合力偶矩等于零，表示为：01iniMo 2.5 平面恣意力系的合成与平衡条件o 1 平面普通力系的平衡条件xyCF0F0M0o4 解题步骤o确定研讨对象，取分别体，做受力图；n建立坐标系，列平衡方程；n解平衡方程，求出未知数， 给出文字结论。第三章第三章 拉伸与紧缩拉伸与紧缩教学目的和要求教学目的和要求o了解拉/压杆件的受力变形特点，可以根据实践构造笼统出相应的力学模型。o掌握内力和

8、截面法的涵义，可以采用截面法求解内力并绘制轴力图。o应力、应变和胡克定律等是本章乃至本书的重要内容，要求正确了解，熟练掌握和运用。o了解资料的主要力学性能及其相应的力学目的，可以借助教材和工具书获得相关数据。o了解典型资料的拉伸/紧缩曲线特征，明确脆性资料和塑性资料的划分根据。o明确任务应力、许用应力、平安系数和强度条件的意义，可以运用强度公式等处理三类工程问题。p了解影响构件强度和资料性能的要素温度，蠕变，疲劳，应力集中等重点内容o 3.1资料力学的根本概念o 1 构件的变形o 构件的变形可以分为三类，即不变形，弹性变形和塑性变形。o 2 资料力学和静力学的比较o 静力学的研讨对象是刚体，运

9、动形状是平衡形状，研讨目的主要是获得构件坚持平衡所必需的未知力通常是约束力的大小。而资料力学的研讨对象为变形体，运动形状为平衡形状，研讨的目的主要是获得构件在外力的作用下的内力/应力和变形/应变。o 3 资料力学的工程运用包括三个方面：o 新构件设计外形，尺寸，资料等；o 旧构件的可靠性校核(强度，刚度和稳定性)；o 计算已有构件的最大承载才干载荷，位移o 4 资料力学的三个假设o 延续性假设；o 小变形假设；o 各向同性假设。o 4 构件的分类o 杆，板，壳o 5 构件变形的根本方式o 拉伸或紧缩，剪切/挤压，弯曲，改动o 6 内力o 所谓内力，是相对于构件的外力而言的，是构件在外力作用下的

10、内力反映，是内力的改动量，称为附加内力。o 提示：内力不是绝对值，而是一个相对值，是内力的改动量，或者增量。o 7 截面法求内力o 用一假想截面将物体切分为两部分，取其中一部分作为研讨对象；将弃去部分对留下部分的约束用内力替代；对留下部分建立静力平衡方程式，求所截得截面上的内力。o 提示：求解结果与截面的位置无关；无论取那一部分作为研讨对象，计算结果都是一样的。o 3.2 拉伸和紧缩o 1 杆件拉伸/紧缩的特征o 大小相等 方向相反，且作用线共线且与杆件轴线重合。o 2 应力o 所谓应力是用来描画杆件受力强度的物理量，其大小为单位面积上的内力。用公式表示：AFANo 3 轴力图的绘制o 轴力图

11、可以直观表示杆件的受理情况，绘制时要留意以下几点：o 横坐标与杆件平行，纵坐标与杆件垂直，o 横轴程度时，上方为正，横轴竖直时左边为正。o 标出特殊点的数值包括力的大小和相应的截面位置。o 3.3 直杆拉伸或紧缩时斜截面上的应力o 1 正应力与剪应力o 与截面平行的应力为剪应力，与截面垂直的应力为正应力。o 2 直杆拉伸/紧缩时的应力2sin2cossinsincoscos2aaaaffo 提示与讨论o 讨论：o 时，正应力最大，剪应力最小；o 时，剪应力最大；o =90o时， ，阐明纵向截面内无应力。o 提示：可以利用上述结论分析实例。0o45aa0o 3.4 直杆受轴向拉伸紧缩时的强度条件

12、o 1 杆件的强度条件o 2 强度公式的运用o 主要用来处理三类问题o 已有构件的强度校核o 新构件的截面设计o 已有构件的承载才干确定 noo 3.5直杆拉伸或紧缩时的变形o 1 绝对变形与相对变形o 绝对变形是指在拉伸/紧缩载荷的作用下引起的轴向或横向单位尺寸的增大或减小减小或增大，单位通常为m或mm。o 相对变形是指在拉伸/紧缩载荷的作用下引起的轴向或横向单位尺寸的增大或减小减小或增大量，称为应变。o 2 横向应变、纵向应变与泊松比o 纵向应变：o 横向应变：o 泊松比：bbo 提示：泊松比为资料的弹性常数，不同的资料具有不同的泊松比，泊松比普通都小于0.5。o 讨论：o 问：杆件在拉伸

13、载荷作用前后体积能否坚持不变？o 思索：采用不同资料制造的尺寸一样的构件，在拉伸载荷的作用下到达一样的纵向应变时，由于泊松比不同，得到的横向应变却是不同的。这就意味着变形后的构件长度相等而截面不再相等，进而得出变形后的体积也不再相等，这就意味着在拉伸载荷作用下体积发生了变化，那么是变大还是变小了？o 3 胡克定律EANLL EEA称为抗拉刚度o 3.6 资料拉伸和紧缩时的力学性能及测试o 1 拉伸和紧缩实验用规范试样o 实验试样按长度可分为长试样和短试样两种，o 按截面积可以分为矩形截面和圆截面两种。o 2 拉伸/紧缩实验曲线o 拉伸和紧缩实验结果可以简单地用载荷-位移曲线或者应力-应变曲线表

14、示。 o 3 实验曲线四个阶段o 弹性阶段，可以分为线弹性和非线性弹性段，现行弹性段的斜率即为胡克定律中的弹性模量；o 屈服阶段，应力动摇而应变继续添加，对应的应力程度即为屈服强度；o 强化阶段，资料屈服一定时间后，其抵抗变形的才干开场添加，直到到达一最大值。该最大值即为抗拉强度；o 部分变形阶段，试样的某一部分发生颈缩从而导致试样的承载才干急剧下降，直至断裂。o 提示：并不是一切的塑性资料都有屈服平台，对于这类资料，工程上常将产生0.2%剩余应变时所对应的应力作为屈服强度。o 4 经过拉伸实验获得的资料力学性能o 弹性模量E，屈服强度，抗拉强度，延伸率，断面收缩率，泊松比。o 提示：学习这部

15、分以后，不但应该掌握根本的概念和计算方法，还要了解低碳钢的相应性能参数的数量级。如弹性模量通常在200GPa，泊松比为0.3，屈服强度在150400MPa等。o 5 塑性资料与脆性资料的划分o 延伸率大于等于5%的称为塑性资料，反之，称为脆性资料。o 提示：要求可以举例，低碳钢，铸铁，铜，玻璃o 6 脆性资料与塑性资料的变形特点差别o 典型的塑性资料在拉伸和紧缩过程中可以分为四个阶段，即弹性阶段，塑性阶段，强化阶段和部分变形阶段，o 而脆性资料在拉伸过程中变形较小(5%)，紧缩过程中塑性资料不会发生断裂破坏，而脆性资料会发生断裂，断裂面通常与轴线呈45度。解释缘由.o 7 温度对资料力学性能的

16、影响o 常温下，塑性资料塑性目的和，随温度的升高而显著增大，并随温度降低而减小但低碳钢在+300前有相反的景象；而资料强度目的s、b和弹性模量E那么随温度的升高而减小，并随温度的降低而增大但低碳钢在+300前，温度升高时b增大，这是碳钢的一种特殊情况。o 低温对资料力学性能的影响主要表现为资料的塑性目的随温度的降低而减小。当温度低于某一数值后，资料的塑性目的将急剧下降，从而转变为脆性资料，这一温度称为无延性转变温度NDT。o 实例：titanic号失事事件。o 8 蠕变o 应力超越一定值远小于屈服强度时，即使应力值坚持不变，资料的塑性变形也会随着时间的延伸而不断添加，这种景象称为蠕变。蠕变变形

17、是一种不可恢复的塑性变形。蠕变通常发生在高温环境。o 9 冲击实验o 冲击实验的目的是测试金属资料的抗冲击才干。实验采用规范试样。测试结果称为冲击韧度，记为Ak。单位为J。o 试样缺口有U型和V型两种.o 10 硬度测试o 硬度指资料抵抗异物入侵的才干。常用硬度有布氏硬度和洛氏硬度，分别记为HB和HRC、HRB和HRA。o 11 疲劳破坏o 长期处在交变应力下任务的构件，虽然其任务应力远低于资料的强度极限，但也会出现忽然断裂。这种景象称为疲劳破坏。o 12 循环特性及交变应力的分类o 循环特性是指交变应力的最小值与最大值的比值。o 据此交变应力可以分为对称循环，非对称循环和脉动循环。o 提示：虽然交变应力的类型很多，但是工程上通常都采用-1作为疲劳强度的根本数据，这是由于-1测试容易且在该条件下资料最容易发生疲劳破坏。o 13 应力集中o 引起应力集中常见的要素包括构件的几何外形突变，资料变化等。o 应力集中的严重程度用应力集中系数来表示，maxk书后部分习题提示和答案o 2-1(a) o 提示1：该题主要调查同窗们对三力平衡汇交定律的掌握程度o 提示2：要求正确画出未知力的方向N1N2AAN2N1o2-1b)o提示1：该题主要调查同窗们对三力平衡汇交定律的掌握程度o提示2：要求正确画出未知力的方