《受压受拉》课件

受压受拉探讨材料在受到压力和拉力作用下的响应过程及其对应用的影响。通过实验和分析,了解材料在不同应力作用下的变形特征。课程大纲总体概览本课程将全面介绍受压与受拉的基本概念、应力与变形的关系,以及具体工程应用分析。主要内容包括受压与受拉的区别、应力与变形的基本规律、常见材料的性能分析,以及平面应力状态和构件受力分析。实用价值学习本课程可以掌握受压受拉分析的理论基础,并应用于工程实践中的设计与评估。什么是受压受拉受压受拉是一种常见的受力形式。当物体受到外力作用时,会产生压缩或拉伸变形。受压是指物体受到压力而产生的变形,如人体支撑重物时所受的压力;受拉则是指物体受到拉力而产生的变形,如钢索承受重量时的拉伸应力。受压力与受拉力的区别受压力受压力是指作用在物体表面的压向内部的力。例如，重物压在桌子上，就会产生受压力。受拉力受拉力是指作用在物体表面的向外拉的力。例如，拉扯一根绳子，就会产生受拉力。变形与失效受压力会导致物体压缩变形,而受拉力会导致物体拉伸变形。两种力都可能导致物体失效。受压与受拉的五大特征应力方向受压力作用时，应力方向与物体运动方向相反，而受拉力作用时，应力方向与物体运动方向一致。应力状态受压力会产生压应力，表现为负值；受拉力会产生拉应力，表现为正值。变形状态受压会导致物体体积减小、长度缩短；受拉会导致物体体积增大、长度增加。材料特性受压时材料表现为抗压性能，受拉时材料表现为抗拉性能，两种性能各异。为什么要学习受压受拉确保安全稳固合理理解受压受拉原理,可以更好地设计和评估工程结构,确保建筑物能安全承受各种荷载。优化材料选用深入了解材料在受压受拉下的性能特征,有助于选用最佳材料,提升结构的承载能力。掌握分析方法掌握受压受拉的分析理论与计算方法,可以准确预测结构的应力和变形,提高设计水平。受压受拉的基本概念受压受拉是指材料在外力作用下发生挤压或拉伸变形的过程。这种变形会导致材料内部出现应力。了解受压受拉的基本特征和规律,对于合理设计、选材和保证工程安全至关重要。受压受拉的基本概念包括应力、应变、弹性变形和塑性变形等,这些概念为材料强度分析和设计提供了基础。受压体的种类与特征1受压件的类型受压体主要包括柱、墙、支架、建筑构件等。不同类型的受压体有其特定的受力特点和变形特征。2截面形状受压体的截面形状会影响其承载能力和稳定性,常见有圆形、方形、矩形等截面。3细长比细长比是受压体长度和截面尺寸的比值,它直接决定了受压体的稳定性。细长比越大,越容易发生屈曲失稳。4材料特性受压体的材料性能,如强度、刚度、塑性等,会影响其受压后的变形特征和承载能力。受拉体的种类与特征钢材主要受拉体,具有良好的抗拉强度和延伸性能。广泛应用于建筑、机械等领域。绳索由丝绸、蛇皮等材料制成,主要用于索具系统。具有优异的抗拉韧性。电缆由多根导线组成,兼具导电和抗拉功能。广泛应用于电力、通讯等领域。链条由多个链环连接而成,具有良好的抗拉强度和耐久性。广泛应用于吊装、传动等场合。应力的定义与分类1应力的定义应力是指物体内部单位面积上所承受的内力,表示为每单位面积的力。2应力的分类应力可分为两大类:正应力和切应力。正应力是垂直于面的应力,切应力是平行于面的应力。3正应力的种类正应力包括拉应力、压应力和体应力。拉应力使物体拉伸,压应力使物体受压缩,体应力使物体体积改变。4切应力的种类切应力主要包括扭应力和剪应力。扭应力使物体产生扭转变形,剪应力使物体沿切向发生滑移变形。应力与变形的关系1应力物体内部的内力2应变物体形状或尺寸的改变3弹性区应力与应变成正比4塑性区应力与应变不成正比应力与变形的关系是材料力学的核心问题。当物体受到外力作用时,物体内部会产生应力,这会导致物体发生变形。在弹性区内,应力与应变成正比关系,遵循胡克定律。而在塑性区内,应力与应变呈非线性关系。了解这种关系,对于分析和预测物体的承载能力至关重要。正应力及其表示方式定义正应力是指作用于某一点表面上的力的方向与该表面法线方向一致的应力。表示正应力以σ表示,上标表示其作用方向,下标表示考虑的面。符号约定当力作用在物体表面时,其正方向指向内部。拉力为正,压力为负。切应力及其表示方式切应力概念切应力是垂直于切面的应力分量,表示物体在切面上受到的剪切作用。切应力表示切应力可以用数学公式表示为作用在切面上的力与切面积的比值。切应力分布切应力在不同切面上的分布可能不均匀,需要根据具体情况进行分析。应力元组成分应力元由三个相互垂直的正应力和三个相互垂直的切应力组成。这六个应力分量完全描述了一点的应力状态。正应力反映物体在该点受到的拉伸或压缩作用，切应力反映物体在该点受到的剪切作用。全面了解应力元的组成是掌握应力分析的关键。应力状态的表达方式单轴应力当物体只受一个作用方向的应力时,称为单轴应力状态。可用一个应力分量表示。平面应力当物体只受两个作用方向的应力时,称为平面应力状态。可用两个正应力分量和一个剪应力分量表示。三维应力当物体受三个方向的应力时,称为三维应力状态。需用三个正应力分量和三个剪应力分量来表示。主应力及其求解1最大主应力应力状态下的最大正应力值2中间主应力应力状态下的中间正应力值3最小主应力应力状态下的最小正应力值主应力是描述应力状态的三个主要分量,分别为最大主应力、中间主应力和最小主应力。通过求解这三个主应力及其方向可以全面了解零件或结构的应力状态,为设计和分析提供重要依据。Mohr应力圆与应力分析Mohr应力圆是一种直观、简便的应力分析工具。它可以帮助我们直观地了解应力状态,计算主应力和主应力方向,分析平面应力状态下的应力变化。通过Mohr应力圆,我们可以更深入地理解正应力和切应力之间的关系,并根据实际情况选择合适的设计参数,确保结构安全。变形的定义与种类变形的定义变形是指物体在外力作用下发生形状或尺寸的改变。这种改变可以是可逆的弹性变形，也可以是不可逆的塑性变形。变形的种类常见的变形包括拉伸、压缩、弯曲、扭转等。这些变形会导致物体内部产生应力和应变。理解不同变形类型的特点对于分析结构受力非常重要。变形的基本公式应力-应变关系物体受到外力作用时会产生变形,其变形量与作用力的大小成正比。这种应力-应变的线性关系被称为胡克定律,是理解材料变形的基础。应力与应变的定义应力是物体内部受力的大小,用σ表示;应变是物体受力后产生的相对变形,用ε表示。两者之间的关系决定了材料的变形特性。胡克定律在弹性变形阶段,应力与应变成正比,比例常数就是弹性模量E。这一线性关系被称为胡克定律,是分析变形的基本公式。弹性变形的基本规律胡克定律应力与应变成正比,材料呈现线性弹性行为。可逆性一旦外力消除,材料能完全恢复到原状,不会产生永久变形。能量守恒施加于材料上的外力做功全部转化为材料内部的弹性势能。塑性变形及其特点1永久性变形塑性变形是一种永久性的变形，即材料在受力后无法恢复到原始状态。2不同的延伸能力不同材料在塑性变形时具有不同的延伸能力，有的材料延伸性很好，有的则很差。3应力超过屈服极限塑性变形发生在应力超过材料的屈服极限后，材料开始发生永久性改变。4与加工工艺有关塑性变形的特点还与材料的加工工艺有密切关系，如冷加工和热加工会产生不同的变形特点。常见材料的受压受拉性能钢材钢材对受压具有良好的抗压性能,但受拉时容易发生断裂。可提高钢材的韧性和塑性。混凝土混凝土的抗压性能很好,但抗拉性较差。通过增加钢筋可提高其受拉性能。木材木材具有良好的抗压性和抗拉性,可经受较大的受压与受拉应力。但受环境影响易变形。塑料塑料材料抗压性能较差,但抗拉性较好,可承受较大的受拉应力而不会断裂。平面应力与平面应变状态1平面应力状态当一个物体的应力主要分布在两个垂直方向上时,即为平面应力状态。这种状态通常发生在薄壁构件中,例如薄板、薄壁管等。2平面应变状态当一个物体的应变主要分布在两个垂直方向上时,即为平面应变状态。这种状态通常发生在厚壁构件中,例如厚壁管、大型结构件等。3两种状态的区别平面应力状态下,应力和应变三维分布,而平面应变状态下,应变三维分布,应力二维分布。两种状态分析方法不同,适用范围也不同。平面应力与平面应变分析1平面应力状态平面应力状态是指在三维空间内只有两个主应力分量的应力状态。这种应力状态常见于薄板、薄壁容器等工程构件中。2平面应变状态平面应变状态是指在三维空间内只有两个主应变分量的应变状态。这种应变状态常见于长长的构件如梁、柱等。3分析方法通过构建Mohr圆、应力(应变)分量之间的几何关系等方法,可以计算平面应力(应变)状态下的各应力(应变)分量。厚壁管与薄壁管的受压分析1薄壁管承受内外压力时主要产生均匀应力分布2厚壁管内外压力差导致应力分布不均匀3射流管受内压时会出现由内至外的应力分布薄壁管在受到内外压力作用时,可以认为管壁内外压力差很小,因此应力分布较为均匀。而厚壁管由于内外压差明显,会产生不均匀的应力分布,需要进行复杂的分析。特殊的射流管在受内压时,还会出现由内到外逐渐递减的应力分布特点。梁的受弯受拉受压分析1弯曲应力梁体受到弯曲力作用时会产生弯曲应力。2拉应力梁的一侧会产生拉应力，另一侧产生压应力。3剪应力梁体还会受到剪应力的作用。4组合应力梁体会承受弯曲、拉伸和剪切三种复合应力。梁是一种常见的受力构件,需要综合分析其受弯、受拉和受压的应力状态。梁体上部承受压应力,下部承受拉应力,中性轴附近产生剪应力。梁的强度、刚度和稳定性分析对工程设计至关重要。轴与销的受压受拉分析轴的受压分析轴在受到轴向压力时会产生轴向应力，需要综合考虑材料强度特性和应力分布情况。合理设计能确保轴不会发生屈曲或过大变形。轴的受拉分析轴在受到拉力时,应注意应力集中区域,必须确保轴的抗拉强度能够承受施加的拉力。同时还要考虑轴与其他零件的连接情况。销的受压分析销在受到压力时,受载面积的大小直接影响销的承载能力。需要根据销的直径、长度和材料特性合理设计,确保销不会发生屈曲或挤压破坏。销的受拉分析销在受到拉力时,应注意应力集中区域,必须确保销的抗拉强度和抗剪强度能够承受施加的拉力。同时还要考虑销与其他零件的配合情况。本课程的总结与展望课程总结通过对受压