机械中的材料力学

2.2机械中的材料力学理论力学—研究刚体，研究力与运动的系。材料力学—研究变形体，研究力与变形系。刚体是人们根据大多数固体材料的特性而抽象简化出来的理想材料，实际材料受到载荷后都会发生变形，这就是材料的内效应，或者叫变形效应。由于材料在载荷作用下的内效应，才导致了结构的变形和破坏。2.2机械中的材料力学固体材料的基本假设连续性：材料粒子在材料空间分布是连续的均匀性：材料粒子在材料空间分布是均匀的各向同性：研究的固体材料在看见各个方向性质相同小变形和线弹性范围：构件的本身的变形比其本身尺寸小得多。其实，自然界的很多材料是各向异性的，如竹子、木材、存在解理方向的岩石等。但一般在材料力学课程中涉及的材料都认为是各向同性的。2.2机械中的材料力学材料力学的任务在满足强度、刚度、稳定性的要求下，为构件的安全工作提供计算方法和理论依据。强度：构件在载荷作用下抵抗破坏（断裂或严重的塑性屈服）的能力；刚度：在外力作用下构件抵抗变形的能力；稳定性：构件保持其原有平衡状态的能力。也就是外力作用撤消后，是否可以恢复到原平衡状态。强度、刚度、稳定性是构件安全工作的必要条件！2.2机械中的材料力学材料力学的任务就是在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要的理论基础和计算方法。2.2机械中的材料力学决定构件是否被破坏，不仅取决于所承受的载荷，而且也取决于构件的几何尺寸，因此引入了力的集度的概念。应力：构件内部某点处截面内力的集度。极限应力：由材料自身性质决定的能够承受的最大应力的值。工程应用中如何选取材料？安全因数。2.2机械中的材料力学什么是安全因数？机械结构适度的强度储备，以保证其安全运行达到预期的使用寿命。安全因数是一个大于1的数值。极限应力除以安全因数后得到的应力称为许用应力，许用应力是实际工程设计中构件所允许达到的最大应力。塑性材料的安全因数1.5~2之间；脆性材料的安全因数2.5~3之间。低碳钢试件拉伸时的力学性能1、弹性阶段ob2.2机械中的材料力学塑性材料：具有较高的韧度，在破坏之前有较长的塑性流动阶段；在屈服后存在的强化阶段。因此塑性材料采用屈服极限作为极限应力，偏于安全。通常其安全因数较小，1.5-2之间，以便节约材料。铸铁拉压时的力学性能曲线没有明显的直线部分和屈服阶段；无缩颈现象而发生断裂，塑性变形很小。把断裂时曲线最高点所对应的应力值记作σb，称为抗拉强度。铸铁的抗拉强度较低。由于铸铁总是在较小的应力下工作，且变形很小，故可近似地认为符合虎克定律。通常用割线oa近似地代替曲线oa，并以割线oa的斜率作为弹性模量E。2.2机械中的材料力学脆性材料：破坏是突然的，不可预料的；破坏形式通常是断裂，没有预警。会产生严重恶果。通常其安全因数较大，2.5-3之间。安全因数的选择还要考虑应用场合，例如核电站…2.2机械中的材料力学材料的力学性质是材料的最重要的性质，也是保证该种材料加工制造的构件能够安全工作的基础。拉伸性质采用万能材料试验机，试件加工满足国标。典型金属材料：低碳钢、铸铁。以低碳钢为代表的材料称为塑性材料，以屈服失效时的应力屈服极限（屈服强度）作为标志应力。以铸铁为代表的材料称为脆性材料，以断裂破坏时的应力强度极限（抗拉强度）作为标志应力。强度要求：构件工作的最大应力不允许超过许用应力。2.2机械中的材料力学材料在受到一定载荷的作用后都会发生变形，这就是材料的内效应，或者叫变形效应。材料在载荷作用下的内效应，才导致了结构的变形和破坏（断裂或者塑性变形）。构件在外载荷作用下的破坏，不仅取决于所受的载荷，也与力的集度有关。定义构件内部某点处界面内力的集度称为应力，材料自身性质所决定的能够承受的最大应力的值，称为极限应力。应力是矢量，通常可以分解为正应力和切应力,国际单位Pa。弹性变形—随外力解除而消失塑性变形(残余变形)—外力解除后不能消失2.2机械中的材料力学强度分析和材料的性质密切相关。力学实验时强度分析的重要手段。通常分为力学性能测试和结构的应力应变测试两大类。固体材料的力学性能测试是把需要测试的材料加工成标准试件，载荷通过材料实验机施加，常用的材料实验机有液压式和电子式两种。电子式材料试验机2.2机械中的材料力学电阻应变仪是利用金属的应变-电阻效应制成的电阻应变计，测量器电阻变化，间接测量构件的应变。金属材料在受到拉伸变形后电阻值会改变，电桥平衡测量金属丝的电阻变化，换算得到应变。典型应用：压力传感器惠斯通电桥（又称单臂电桥）是一种可以精确测量电阻的仪器。电阻R1，R2，R3，R4叫做电桥的四个臂，G为检流计，用以检查它所在的支路有无电流。当G无电流通过时，称电桥达到平衡。平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。2.2机械中的材料力学机械工程中大量地存在以弯曲为主的梁结构2.2机械中的材料力学工程中的压杆都需要考虑稳定性承受压力的杆件当所受的压力达到一定的程度时，杆在外界横向干扰下将从直线平衡状态变为弯曲平衡。这样的现象称为失稳。杆件失稳时，其承载能力大大地下降，对受压杆件必须进行稳定性分析，以确定杆所能够承受的最大安全载荷（临界载荷）。压杆的临界载荷与杆的材料、截面尺寸、约束和长度相关，也就是杆的柔度。细长的杆件的临界载荷小，粗短杆的临界载荷大；约束松的杆的临界载荷小，约束强杆临界载荷大；模量小的杆的临界载荷小，模量大杆临界载荷大。内燃机的结构强度内燃机的结构强度内燃机的每一个工作循环都包括：进气、压缩、燃烧—膨胀和排气等四个过程。四冲程内燃机的工作循环是在曲轴旋转两周，即四个行程中完成的；二冲程内燃机的工作循环则是在曲轴旋转一周，即两个行程中完成的。内燃机每个工作循环都有燃烧膨胀过程，使得内燃机的零部件承受周期性的变化力作用，周期性更换气缸中的气体，也使得