材料力学课件

§2.4

材料在拉伸时的力学性能两个尚未解决的问题：1、纤维的伸长和应力之间存在怎样的关系？2、为什么要研究杆件斜截面上的应力？材料在外力作用下表现出的变形、破坏等方面的特性称材料的力学性能，也称机械性质。材料的机械性质通过试验测定，通常为常温静载试验。试验方法应按照国家标准进行。试验机材料的力学性能在材料试验机上进行测试。材料试验机的式样有很多，但大多为机械传动或液压传动。液压式试验机各种试验机20kN试验机10kN试验机国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也作了详细规定当l=10d

时的试件称为长试件，为推荐尺寸当l=5d

时的试件称为短试件，为材料尺寸不足时使用标准试件PPP~ΔL曲线s=

PA~e=

ΔLL应力－应变曲线名义屈服极限有些材料没有明显的屈服平台，这时无法测定屈服极限ss，工程上使用名义屈服极限s0.2代替屈服极限ss当材料的残余伸长达到2000微应变(me)时，对应的应力值称名义屈服极限，以s0.2表示胡克定律当应力不超过材料的比例极限时，应力与应变成正比s=Ee卸载塑性材料的卸载过程其它塑性金属材料的拉伸曲线合金钢20Cr高碳钢T10A螺纹钢16Mn低碳钢A3黄铜H62脆性材料的拉伸性能特点：无屈服过程无塑性变形无塑性指标分类：塑性材料d>5%脆性材料d<5%强度指标(失效应力)

韧性材料σo＝σS脆性材料σo＝σb脆性材料韧性金属材料韧性指标－延伸率材料的机械性能指标－断面收缩率=X100%A-A1A§2.5材料在压缩时的力学性能试件：金属材料－短圆柱混凝土、石料－立方体塑性材料的压缩塑性材料的压缩强度与拉伸强度相当脆性材料的压缩脆性材料的压缩强度远大于拉伸强度1、高温对材料的力学性能有影响

2、高温下工作的构件，会产生蠕变和松弛3、蠕变：应力保持不变，应变随时间增加而增加的现象4、松弛：应变保持不变，应力随时间增加而降低的现象几个概念：*§2-6：温度和时间对材料力学性能的影响一、短期静载下温度对材料力学性能的影响二、高温、长期静载下材料的力学性能金属材料的高温蠕变（碳钢350ºC以上）§2.7失效、安全系数和强度计算失效—由于材料的力学行为而使构件丧失正常功能的现象.强度失效问题

强度失效—由于断裂或屈服引起的失效刚度失效问题

刚度失效—由于过量的弹性变形引起的失效.

屈曲失效（失稳）—由于平衡构件的受力特征的突然转变而引起的失效.屈曲失效（失稳）问题其它失效形态

疲劳失效—由于交变应力的作用,初始裂纹不断扩展而引起的脆性断裂.蠕变失效—在一定的温度和应力下,应变随着时间的增加而增加,最终导致构件失效.松弛失效—在一定的温度下,应变保持不变,应力随着时间增加而降低,从而导致构件失效.脆性材料拉max=拉=b拉塑性材料max==s拉压构件材料的失效判据脆性材料压max=压=b压许用应力与安全系数塑性材料脆性材料拉[s]

=ssns[s]拉

=sb拉nb脆性材料压[s]压

=sb压nb脆性材料压杆在强度设计时取绝对值安全系数的确定塑性材料：ns=1.2~2.5脆性材料：nb=2~3.5材料素质（强度、均匀性、脆性）载荷情况（峰值载荷、动静、不可预见性)构件简化过程和计算方法的精确度零件的重要性、制造维修难易减轻重量（飞机、手提设备等）强度条件s

=[s]NAsmax

[s]N

[s]A

三种类型的强度计算一、强度校核二、截面设计s

=[s]NA三、确定许可载荷A

≥

N[s]例2.3

钢材的许用应力[s]=150MPa，对例2.2中的斜杆AB进行强度校核。已由例2.2知，斜杆AB的应力为s=123MPa，可见 s=123MPa＜[s]所以拉杆安全。s==123X106PaNAPmax==38.7kNQsinaN=Pmax=38.7kN讨论：若Q＝20kN，则AB杆的应力s=164MPa，强度不足，应重新设计。减小Q的值增大拉杆面积工程中允许工作应力s略大于许用应力[s]，但不得超过[s]的5%Pmax=QsinaN=Pmax

s=NA例2.4气动夹具—截面设计已知：D＝140mmp=0.6MPa[s]=80MPa设计活塞杆直径。PPP=px

p

4D2=9236NN=P=9.24kNA=

pd2

4

N

[s]=1.16x10-4m2

d0.0122m=12mm

例2.5