chap04轴向拉伸和压缩25.ppt

第4章 轴向拉伸和压缩(2) §4-5 材料的力学性能 §4-6 构件的强度条件 §4-7 应力集中的概念 §4-8 应变能概念 功能原理 §4-9 拉伸和压缩静不定问题 * * 4-5 拉伸压缩时材料的力学性能 由前面的讨论可知，杆件的应力与外力和构件的几何形状有关，而杆件的变形却与材料的性质有关。 因此，有必要研究材料的力学性能。这种研究可以通过实验进行。 1、低碳钢和铸铁拉伸\压缩时的力学性能 在工程上使用最广泛，力学性能最典型 # 实验用试件 标点 L0 标距 d0 （1）材料类型： 低碳钢： 灰铸铁： 塑性材料的典型代表； 脆性材料的典型代表； （2）标准试件： 标距： 用于测试的等截面部分长度； 尺寸符合国标的试件； 圆截面试件标距：L0=10d0或5d0 # 低碳钢拉伸实验曲线 O P D L Pe Pp Ps Pb 线弹性阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩阶段 屈服极限： 强度极限： 冷作硬化 延伸率： 断面 收缩率： 弹性极限和比例极限 PP, Pe a E=tga O1 O2 f1(f) 低碳钢拉伸 应力应变曲线 D(ss下) (se) B C(ss上) A(sp) E(sb) g a Ey= tga s (MPa) 200 400 e 0.1 0.2 O 低碳钢压缩 应力应变曲线 s e O s bL 灰铸铁的 拉伸曲线 s by 灰铸铁的 压缩曲线 a a = 45o~55o 剪应力引起断裂 1 2 3 O s e A 0.2% S s0.2 4 10 20 30 e(%) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 s(MPa) 其它塑性材料拉伸应力应变曲线 塑性材料和脆性材料力学性能比较 塑性材料 脆性材料 断裂前有很大塑性变形 断裂前变形很小 抗压能力与抗拉能力相近 抗压能力远大于抗拉能力 延伸率 δ 5% 延伸率 δ 5% 可承受冲击载荷，适合于锻压和冷加工 适合于做基础构件或外壳 材料的塑性和脆性会因为制造方法工艺条件的改变而改变 4-6 轴向拉伸压缩时的强度计算 1、材料的极限应力 塑性材料为屈服极限 脆性材料为强度极限 材料的极限应力是指保证正常工作条件下，该材料所能承受的最大应力值。 所谓正常工作，一是不变形，二是不破坏。 屈服极限 强度极限 A3 钢： 235 MPa 372-392 MPa 35 钢： 314 529 45 钢： 353 598 16Mn： 343 510 2、工作应力 ？ 工程实际中是否允许 不允许！ 前面讨论杆件轴向拉压时截面的应力是构件的实际应力——工作应力。 工作应力仅取决于外力和构件的几何尺寸。只要外力和构件几何尺寸相同，不同材料做成的构件的工作应力是相同的。 对于同样的工作应力，为什麽有的构件破坏、有的不破坏？显然这与材料的性质有关。 原因： # 实际与理想不相符 生产过程、工艺不可能完全符合要求 对外部条件估计不足 数学模型经过简化 某些不可预测的因素 # 构件必须适应工作条件的变化，要有强度储备 # 考虑安全因素 许用应力 一般来讲 因为断裂破坏比屈服破坏更危险 3、许用应力 4、强度条件 工作应力 轴力 横截面积 材料的许用应力 5、强度条件的工程应用 # 已知 N 和 A，可以校核强度，即考察是否 # 已知 N 和 [σ]，可以设计构件的 截面A（几何形状） # 已知A和[σ]，可以确定许可载荷 （N?P） 三个方面的应用 举例 例1 上料小车，每根钢丝绳的拉力Q=105kN，拉杆的面积A=60?100mm2 材 料为Q235钢，安全系数n=4。试校核拉杆的强度。 由于钢丝绳的作用，拉杆轴向受拉，每根拉杆的轴力 横截面积 N N 根据强度条件，有 查表，Q235号钢的屈服极限为 许用应力 拉杆符合强度要求 这是一个设计拉杆截面的问题，根据 首先需要计算拉杆的轴力 对结构作受力分析，利用静力平衡条件求出最大轴力 G + Q NBC NBA 最大轴力出现在点葫芦位于B 求圆钢杆BC 的直径 可以选取 4-7 应力集中的概念 构件内局部区域应力突然增大的现象称为应力集中 由于结构的需要，构件的截面尺寸往往会突然变化，例如开孔、沟槽、肩台和螺纹等，局部的应力不再均匀分布而急剧增大 应力集中系数 平均应力 —— 弹性体在外力作用下，因变形而储存的能量。 一 、弹性应变能 拉力的功 拉力的元功 Dl 拉力的总功 F dF 拉伸曲线 F Dl d(Dl) Dl1 F1 Dl 1. 轴向拉压应变能 F l 4-8 拉压应变能 在线弹性