材料力学课件[1]

1、 3-1 应力应力应变曲线应变曲线 3-2 高温下材料的性质高温下材料的性质 3-3 加载速率对材料力学性质的影响加载速率对材料力学性质的影响 3-4 材料的疲劳强度材料的疲劳强度 3-5 许用应力和安全因数许用应力和安全因数 3-6 轴向拉压杆的强度及变形计算轴向拉压杆的强度及变形计算 3-7 简单拉压超静定问题简单拉压超静定问题 3-8 剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算 小小 结结材料力学性质材料力学性质： 材料在外力作用下，强度和变形方面材料在外力作用下，强度和变形方面所表现出的性能。所表现出的性能。应力应力应变曲线应变曲线： 标准试件在常温、静载下，标准试件在常温、静载下，(名

2、义名义)应力应变关系。应力应变关系。名义应力：名义应力： 实际载荷除以试件原横截面面积得到的实际载荷除以试件原横截面面积得到的应力。应力。一、拉伸时材料的力学性能一、拉伸时材料的力学性能1低碳钢低碳钢(C0.3%)拉伸实验：拉伸实验：1)应力应力应变图应变图(s s e e 图图)四个阶段四个阶段 及相应特征值；及相应特征值；A(s sp)(s se) Ba)弹性阶段弹性阶段(OAB)E=s s /e e=tana aOA段：段：AB段：段：应力应变呈线性应力应变呈线性 关系关系(胡克定律胡克定律)应力应变非线性，但力消失应力应变非线性，但力消失, ,变形也消失变形也消失 s sp(A点点)材

3、料的材料的比例极限比例极限；s se(B点点)材料的材料的弹性极限弹性极限；a aOe es sb)屈服屈服(流动流动)阶段阶段(BD)s ss(C、D点点)屈服点屈服点(应力应力)；C(s ss上上)D(s ss下下)A(s sp)(s se) Ba aOe es s应力基本不增加，但变形增加很应力基本不增加，但变形增加很快，有明显塑性变形，在光滑试快，有明显塑性变形，在光滑试件表面，沿与轴线成件表面，沿与轴线成45o方向有方向有滑移线。滑移线。屈服阶段最高屈服阶段最高( (低低) )点所对应点所对应的应力的应力, ,分别称为上分别称为上( (下下) )屈屈服点服点( (应力应力) )。c)

4、强化阶段强化阶段(DE)：s sb(E点点)抗拉强度抗拉强度；应力应变同时增加，但不成比例，材料应力应变同时增加，但不成比例，材料恢复抵抗变形的能力。恢复抵抗变形的能力。强化阶段最高点所强化阶段最高点所对应应力。对应应力。E(s sb)C(s ss上上)D(s ss下下)A(s sp)(s se) Ba aOe es sd)颈缩破坏阶段颈缩破坏阶段(Eg)：gE(s sb)C(s ss上上)D(s ss下下)A(s sp)(s se) Ba aOe es s试件变形集中在某一局部区域，该试件变形集中在某一局部区域，该区域截面收缩，产生颈缩现象。区域截面收缩，产生颈缩现象。gE(s sb)C(s

5、 ss上上)D(s ss下下)A(s sp)(s se) Ba aOe es s2)低碳钢材料的低碳钢材料的静荷强度指标静荷强度指标： s ss塑性材料正常工作所能塑性材料正常工作所能 承担的最大应力；承担的最大应力；s sb材料所能承担最大应力；材料所能承担最大应力；3)冷作硬化现象冷作硬化现象(卸载定律卸载定律)： O2F1(F)O1冷作硬化现象提高了材料比冷作硬化现象提高了材料比例极限而降低了材料的塑性例极限而降低了材料的塑性性能。性能。e epe eeld4)低碳钢材料的低碳钢材料的塑性指标塑性指标： %100 lll %100 AAA 伸长率伸长率断面收缩率断面收缩率l、A：实验前标

6、距、横截：实验前标距、横截面面积，面面积，l 、A：断裂后标距长、：断裂后标距长、最小截面面积。最小截面面积。 5%塑性材料，塑性材料， 5%脆性材料脆性材料2其它塑性材料拉伸的力学性能：其它塑性材料拉伸的力学性能：对于无明显屈服阶对于无明显屈服阶段的塑性材料，工段的塑性材料，工程上规定以塑性应程上规定以塑性应变变e ep=0.2%所对应所对应的应力作为屈服的应力作为屈服点，称为点，称为条件屈服条件屈服强度强度，记作，记作s s0.2123A0.2%Ss s 0.20.24e e (%)s s (MPa)Os se e3铸铁拉伸试验：铸铁拉伸试验：1)s sb抗拉强度抗拉强度脆性材料唯一的脆性

7、材料唯一的拉伸力学性能指标。拉伸力学性能指标。2)应力应变不成比例，无屈应力应变不成比例，无屈 服、颈缩现象，变形很小服、颈缩现象，变形很小 且且s sb很低。很低。s se eOs sb二、压缩时材料的力学性能二、压缩时材料的力学性能1低碳钢压缩试验：低碳钢压缩试验：比例极限比例极限s sp，屈服点屈服点s ss，弹，弹性模量性模量E基本基本与 拉 伸 时 相与 拉 伸 时 相同，但低碳钢同，但低碳钢压缩屈服阶段压缩屈服阶段很短，且过屈很短，且过屈服阶段后，越服阶段后，越压越扁，不会压越扁，不会断裂。断裂。Oe es s低碳钢拉伸低碳钢拉伸应力应变应力应变s ss2铸铁压缩试验：铸铁压缩试验

8、：s sbcs sb，铸铁抗，铸铁抗压性能远远大于压性能远远大于抗拉性能，抗拉性能，断裂断裂面为与轴向大致面为与轴向大致成成45o55o的滑的滑移面移面破坏。破坏。s se eOs sbcs sba aa a =45o55o切应力引起断裂切应力引起断裂s sbc抗压强度抗压强度一、温度对材料力学性能的影响一、温度对材料力学性能的影响随温度升高，随温度升高，材料的力学性材料的力学性质发生复杂变质发生复杂变化，一般金属化，一般金属材料的材料的E、s sb降低降低， 、y y变变大大，成为非弹，成为非弹性状态。性状态。02004006008001000温度温度(oC)0200400600020406

9、080100s s,y,ys sbs ss y ys sp低碳钢材料短时间高温拉伸实验低碳钢材料短时间高温拉伸实验二、蠕变与应力松弛二、蠕变与应力松弛蠕变蠕变： 在某一温度下，对构件施加一定的应力时，在某一温度下，对构件施加一定的应力时，随时间的增加应变也不断增长的现象。随时间的增加应变也不断增长的现象。蠕变速率蠕变速率应变的增加速度，应变的增加速度，蠕变速率一定时称为蠕变速率一定时称为稳定蠕变阶段稳定蠕变阶段。e et蠕变三阶段蠕变三阶段 蠕变蠕变 蠕变蠕变 稳定蠕变稳定蠕变蠕变极限蠕变极限某温度下，某应力某温度下，某应力 中最大的蠕变；中最大的蠕变；应力松弛应力松弛： 施 加 应 力施 加

10、 应 力后，将应变保持为一后，将应变保持为一定值时，所加应力随定值时，所加应力随时间的增加而逐渐减时间的增加而逐渐减少的现象。少的现象。l三、热应力与热应变三、热应力与热应变热应变热应变： 材料由于温度变化引起自身的膨胀或收缩而材料由于温度变化引起自身的膨胀或收缩而产生的应变。产生的应变。热应力热应力： 由于某种原因约束了材料的膨胀或收缩，在由于某种原因约束了材料的膨胀或收缩，在内部产生的抵抗热应变的应力。内部产生的抵抗热应变的应力。热膨胀定律热膨胀定律：，a a 线膨胀系数线膨胀系数。lTTl)(0 a aTT0, , a a，El1+a a (T T0)热冲击热冲击： 短时间温度的急剧变化

11、，在物体的外部和内部短时间温度的急剧变化，在物体的外部和内部产生相当大的温差，从而产生较大的热应力。产生相当大的温差，从而产生较大的热应力。)(0TTEllE a as s当当TT0时，时，s s 是是压应力压应力，当当T1；5双剪双剪(剪切试验剪切试验)：试件试件压头压头FFQFQQbb2AF tdFbs三、挤压实用计算三、挤压实用计算1挤压计算对挤压计算对联接件联接件和和被联接件被联接件都需进行：都需进行：3挤压应力挤压应力：bsbsbsAF s s假设挤压应力在计算假设挤压应力在计算挤压面上均匀分布。挤压面上均匀分布。4挤压强度条件挤压强度条件：)(bsmaxbss ss s 5许用挤压

12、应力许用挤压应力s s bs ：2计算挤压面计算挤压面：1)挤压面为平面，计算挤压面就为该面；挤压面为平面，计算挤压面就为该面； 2)挤压面为曲面，取受力面对直径的投挤压面为曲面，取受力面对直径的投 影面作为计算挤压面；影面作为计算挤压面； 由模拟试验得到；由模拟试验得到；dtA bs四、例题四、例题例例3-6 图示轴与齿轮的平键联接。已知轴直径图示轴与齿轮的平键联接。已知轴直径d=70mm，键的尺寸，键的尺寸为为bhl=2012100mm，传递的力偶矩，传递的力偶矩Me=2kNm，键的许用，键的许用应力应力 =60MPa，s s bs =100MPa。试校核键的强度。试校核键的强度。dOFM

13、ennOMeh/2blnnFQFbs ：0OMeQ2/MdF blAdMFQeQkN1 .57/2MPa6 .28)/(/QQQ blFAF解：校核键的剪切强度：解：校核键的剪切强度：kN1 .57Qbs FFMPa2 .952/ )(bsbsbsbsbss ss s hlFAF2/bshlA 校核键的挤压强度：校核键的挤压强度：FQ例例3-7 如图螺钉，已知：如图螺钉，已知： =0.6s s ，求其，求其d:h的合理比值。的合理比值。hFd 4QQ2N s ss sdhFAFdFAF解：解：当当s s， 分别达到分别达到s s ， 时，材料的利用最合理时，材料的利用最合理4 . 2:46 .

14、 02 hddFdhF小小 结结一、本章重点一、本章重点 材料静荷力学性能材料静荷力学性能(特别是低碳钢拉伸试验特别是低碳钢拉伸试验)； 轴向拉压杆强度的三方面计算；轴向拉压杆强度的三方面计算； 轴向拉压杆变形及位移计算；轴向拉压杆变形及位移计算； 材力材力中的中的“三关系三关系”及其应用；及其应用； 变形协调法求解简单拉压静不定问题；变形协调法求解简单拉压静不定问题；小小 结结二、思考题二、思考题 试画出低碳钢拉伸应力应变曲线，并标出相应试画出低碳钢拉伸应力应变曲线，并标出相应的特征点及符号、名称；的特征点及符号、名称； 试解释低碳钢局部变形阶段时，应力应变曲线试解释低碳钢局部变形阶段时，应力应变曲线上的应力下降了为什么会断裂；上的应力下降了为什么会断裂； 试说出下列符号的名称及含义：试说出下列符号的名称及含义：s se、s sp、s ss、s sb(s sbc) 、s s0.2、 、y y； 试分析低碳钢、铸铁拉伸与压缩的失效形式，试分析低碳钢、铸铁拉伸与压缩的失效形式，导致失效的应力；导致失效的应力； 在线弹性范围内，应力和变形与材料有关吗？在线弹性范围内，应力和变形与材料有关吗？ 如何从应力应变曲线上判断材料的强度、刚如何从应力应变曲线上判断材料的强度、刚度及