工程力学04-材料力学

汇报人：AA2024-01-31工程力学04-材料力学材料力学基本概念与分类拉伸与压缩变形分析剪切与挤压变形分析弯曲变形与内力分析扭转变形与内力分析扭矩和扭矩图绘制方法组合变形与强度理论应用目录01材料力学基本概念与分类材料力学是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的极限的学科。主要是均匀、连续、各向同性的线弹性变形体，例如杆、梁、轴等以及各种形式的零件和构件。材料力学定义及研究对象研究对象定义材料在外力作用下发生变形，外力去除后能恢复原状的变形。弹性变形塑性变形断裂材料在外力作用下发生变形，外力去除后不能恢复原状，而保留永久变形的变形。材料在应力作用下发生分离的现象，包括脆性断裂和韧性断裂。030201材料变形与破坏形式应力01单位面积上所承受的附加内力，用于描述物体内部某一点的受力状态。应变02物体由于外因(受力、湿度、温度场变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。关系03应力与应变之间存在一定的比例关系，即胡克定律。在弹性范围内，应力与应变成正比；超过弹性范围后，应力与应变关系变得复杂。应力与应变概念及关系弹性材料塑性材料脆性材料韧性材料材料力学性质分类应力与应变关系符合胡克定律，外力去除后能恢复原状的材料。在外力作用下（如拉伸、冲击等）仅产生很小的变形即断裂破坏的材料。应力超过弹性极限后，出现明显的塑性变形，外力去除后不能恢复原状的材料。在冲击、振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的材料。02拉伸与压缩变形分析通过拉伸或压缩试验机对试样施加轴向力，测量其变形和破坏过程。实验方法基于胡克定律，在弹性范围内，应力与应变成正比关系。通过测量试样在受力过程中的应变，可计算得到其应力值。实验原理拉伸与压缩实验方法及原理线性关系在弹性范围内，应力与应变呈线性关系，即应力随应变的增加而均匀增加。弹性模量弹性模量是描述材料在弹性范围内应力与应变关系的比例常数，它反映了材料抵抗弹性变形的能力。弹性范围内应力应变关系塑性变形特点当应力超过弹性极限后，材料发生塑性变形，此时应变不再随应力的增加而均匀增加，而是出现不可逆的永久变形。判定依据通常通过比较材料的屈服点与弹性极限来判断其是否发生塑性变形。屈服点是指材料在受力过程中开始产生明显塑性变形的应力值。塑性变形特点及判定依据为保证材料在正常工作条件下不发生破坏，需要满足一定的强度条件，即材料的许用应力应大于或等于其工作应力。强度条件在选择安全系数时，需要考虑材料的性质、受力情况、工作环境等因素。一般来说，对于重要的工程结构或承受较大载荷的零件，应选择较大的安全系数以确保其安全可靠。安全系数选择强度条件与安全系数选择03剪切与挤压变形分析剪切与挤压实验方法及原理实验方法通过专业实验设备对材料施加剪切或挤压载荷，观察其变形和破坏情况。实验原理基于弹性力学和塑性力学理论，分析材料在剪切或挤压载荷作用下的应力、应变和破坏机理。VS在剪切面上，应力呈线性分布，最大应力出现在剪切面中心，向两侧逐渐减小。影响因素材料的弹性模量、泊松比、剪切面积和载荷大小等因素会影响剪切面上的应力分布。剪切面应力分布剪切面上应力分布规律变形特点材料在挤压过程中，会发生塑性变形，形成挤压带和挤压孔洞等特征。影响因素挤压速度、挤压温度、材料性质和模具形状等因素会影响挤压过程中的变形特点。挤压过程中变形特点材料在剪切载荷作用下，必须满足剪切强度条件，即剪切应力必须小于材料的许用剪切应力。材料在挤压载荷作用下，必须满足挤压强度条件，即挤压应力必须小于材料的许用挤压应力。同时，还需要考虑材料的塑性变形能力和稳定性等因素。剪切强度条件挤压强度条件剪切与挤压强度条件04弯曲变形与内力分析弯曲变形定义弯曲变形是指梁在受到垂直于轴线外力作用时，发生的轴线曲率变化的变形形式。弯曲变形分类根据外力作用方式和约束条件不同，弯曲变形可分为纯弯曲、横力弯曲和复杂弯曲等类型。弯曲变形基本概念及分类梁横截面内力计算剪力是指梁横截面上，与横截面相切的力。根据静力平衡条件，可计算梁横截面上的剪力。剪力计算弯矩是指梁横截面上，与横截面垂直的力偶矩。根据静力平衡条件和力偶矩定理，可计算梁横截面上的弯矩。弯矩计算正应力计算正应力是指梁在弯曲变形时，横截面上某点处沿截面法线方向的应力。根据材料力学原理，可计算梁横截面上的正应力分布。要点一要点二切应力计算切应力是指梁在弯曲变形时，横截面上某点处沿截面切线方向的应力。根据材料力学原理，可计算梁横截面上的切应力分布。弯曲正应力和切应力计算弯曲变形对梁的影响弯曲变形会使梁产生挠度和转角，影响梁的承载能力和使用性能。预防措施为了减小弯曲变形对梁的影响，可采取增加梁截面尺寸、提高材料强度、优化结构设计等措施。同时，在梁的使用过程中，应避免超载和局部过载等情况的发生。弯曲变形对梁影响及预防措施05扭转变形与内力分析杆件受到大小相等、方向相反、作用平面垂直于杆件轴线的力偶作用，使杆件的横截面绕轴线产生相对转动。扭转变形定义根据外力偶矩的作用方式，扭转变形可分为自由扭转和约束扭转。扭转变形分类扭转变形基本概念及分类扭矩计算扭矩等于外力偶矩的代数和。扭矩图表示沿杆件轴线各横截面上扭矩变化规律的图线。圆轴扭转时横截面上内力计算圆轴扭转时，横截面上的切应力沿半径方向呈线性分布，中心处为零，最大切应力发生在表面。切应力分布规律最大切应力等于扭矩除以抗扭截面模量。最大切应力计算公式扭转切应力分布规律圆轴扭转时，各横截面绕轴线作相对转动，而各横截面本身并不发生变形。扭转变形特点根据外力偶矩的作用方式、扭矩图和切应力分布规律等综合判断。扭转变形判定依据圆轴扭转变形特点及判定依据06扭矩和扭矩图绘制方法

扭矩的概念和性质扭矩定义扭矩是使物体发生转动的一种特殊的力矩，等于力和力臂的乘积。扭矩的性质扭矩是矢量，其方向垂直于作用平面，符合右手螺旋法则。扭矩与转动惯量的关系扭矩与物体的转动惯量、角加速度之间存在一定的关系。确定外力偶矩分段叠加法扭矩图的绘制注意事项扭矩图的绘制步骤01020304首先计算作用在杆件上的外力偶矩。将杆件分段，计算每段的扭矩，然后按照顺序叠加起来。在杆件的受力图上，按照计算出的扭矩值，用直线或曲线将各点连接起来，形成扭矩图。在绘制扭矩图时，要注意标明扭矩的正负号，以及扭矩图的比例尺。03优化杆件的结构设计根据扭矩图的分析结果，可以对杆件的结构进行优化设计，提高杆件的承载能力和使用寿命。01判断杆件的受力状态通过扭矩图可以判断杆件各段的受力状态，如拉压、弯曲等。02计算杆件的变形和应力利用扭矩图可以计算杆件的变形和应力，为杆件的设计提供依据。扭矩图的应用07组合变形与强度理论应用构件同时发生两种或两种以上基本变形的情况。组合变形定义拉伸（压缩）与弯曲组合变形、弯曲与扭转组合变形等。组合变形分类各基本变形相互影响，产生附加应力和应变。组合变形特点组合变形基本概念及分类拉伸（压缩）与弯曲组合变形形式偏心拉伸（压缩）等。应力与应变分析根据材料力学原理，分析构件在组合变形下的应力和应变分布。强度与刚度计算基于应力和应变分析结果，进行构件的强度和刚度计算。拉伸（压缩）与弯曲组合变形分析123如弯扭组合作用下的构件变形。弯曲与扭转组合变形形式分析构件在弯扭组合作用下的应力和应变分布特点。应力与应变分析针对弯扭组合变形，进行构件