1、一、構件受力和變形的種類一、構件受力和變形的種類 1.1.構件受力的種類構件受力的種類 機械工作時，其各部分均受到力的作用，這些作用在機械工作時，其各部分均受到力的作用，這些作用在構件上的力稱為載荷。構件上的力稱為載荷。按載荷作用方式分類按載荷作用方式分類：集中載荷和分布載荷。集中載荷和分布載荷。 集中載荷：集中載荷：由極小的面積傳遞給構件的力，計算時由極小的面積傳遞給構件的力，計算時一般認為集中載荷作用于一點。一般認為集中載荷作用于一點。分布載荷分布載荷：連續分布在構件某段長度或面積上的外力。：連續分布在構件某段長度或面積上的外力。分布載荷分布載荷又分為又分為均勻分布載荷均勻分布載荷和和不均

2、勻分布載荷不均勻分布載荷。按載荷作用性質分類：按載荷作用性質分類：靜載荷靜載荷：由零開始緩慢增加至某一定值后：由零開始緩慢增加至某一定值后不隨時不隨時間變化間變化( (不使物體產生加速度）不使物體產生加速度）動載荷：載荷大小動載荷：載荷大小隨時間變化的力隨時間變化的力（交變載荷、沖擊載荷）（交變載荷、沖擊載荷）2. 2. 變形的基本形式變形的基本形式 工程實際中的構件種類繁多，根據其幾何形狀，可以簡化為四類：桿、板、殼、塊桿、板、殼、塊 。 本章研究的主要對象是等截面直桿(簡稱等直桿等直桿) 等直桿在載荷作用下，其基本變形的形式有： 1.1.軸向拉伸和壓縮變形；軸向拉伸和壓縮變形；2.2.剪切

3、變形；剪切變形； 3. 3.扭轉變形；扭轉變形；4.4.彎曲變形彎曲變形。 兩種或兩種以上的基本變形組合而成的，稱為組組合變形。合變形。 材料的力學性能材料的力學性能：材料在外力作用下，其強度和變形方面所表現出來的性能。它是通過試驗的方法測定的，是進行強度、剛度計算和選擇材料的重要依據。 工程材料的種類工程材料的種類：根據其性能可分為塑性材料塑性材料和脆性材料脆性材料兩大類。低碳鋼和鑄鐵是這兩類材料的典型代表，它們在拉伸和壓縮時表現出來的力學性能具有廣泛的代表性。第二節第二節 材料在拉伸時的力學性能材料在拉伸時的力學性能常溫、靜載試驗常溫、靜載試驗 ：L=510dLdFF 將金屬按國家標準制成

4、圖示標準拉伸試樣，在拉伸試驗機上進行拉伸試驗。試驗結果可以自動繪出以伸長量L為橫坐標，以拉伸載荷F為縱坐標的拉伸圖。圖示為低碳鋼拉伸圖。一、低碳鋼試件拉伸圖一、低碳鋼試件拉伸圖低碳鋼的拉伸圖曲線分析：低碳鋼的拉伸圖曲線分析：Ob bc cd de試件在拉伸過程中經歷試件在拉伸過程中經歷了四個階段，了四個階段，obob段段彈性變形階段彈性變形階段bcbc段段屈服階段屈服階段cdcd段段強化階段強化階段 dede段段縮頸斷裂階段縮頸斷裂階段 FeFLFsFb低碳鋼標準拉伸試件安裝在拉伸試驗機上，低碳鋼標準拉伸試件安裝在拉伸試驗機上，然后對試件緩慢施加拉伸載荷，直至把試件拉斷。然后對試件緩慢施加拉伸

5、載荷，直至把試件拉斷。二、低碳鋼應力二、低碳鋼應力應變曲線圖應變曲線圖從剛才的拉伸圖來看，金屬在外力作用下，隨著載荷從剛才的拉伸圖來看，金屬在外力作用下，隨著載荷的增加，可先后發生彈性變形、塑性變形、直至斷裂。的增加，可先后發生彈性變形、塑性變形、直至斷裂。 根據拉伸過程中試件承受的根據拉伸過程中試件承受的應力應力和產生的和產生的應變應變之間之間的關系，可以繪制出該低碳鋼的的關系，可以繪制出該低碳鋼的 曲線。曲線。應力應力應變曲線圖應變曲線圖 LLAF=低碳鋼的低碳鋼的 曲線分析：曲線分析：Oa ab bc cd de試件在拉伸過程中經歷了四個階段，有兩個重要的強度指標。 obob段段彈性階段

6、彈性階段(比例極比例極限限p p彈性極限彈性極限e e )bcbc段段屈服階段屈服階段屈服點屈服點 scdcd段段強化階段強化階段 抗拉強度抗拉強度 bdede段段縮頸斷裂階段縮頸斷裂階段 sbpe 1. 1. 彈性階段彈性階段 比例極限比例極限p p oa段是直線，應力與應變在此段成正比關系，材料符合虎克定律 直線oa的斜率 就是材料的彈性模量，直線部分最高點所對應的應力值記作pp，稱為材料的比例極限比例極限。曲線超過a點，圖上ab段已不再是直線，說明材料已不符合虎克定律。但在ab段內卸載，變形也隨之消失，說明ab段也發生彈性變形，所以ab段稱為彈性階段。b點所對應的應力值記作ee ，稱為材

7、料的彈彈性極限性極限。 彈性極限與比例極限非常接近，工程實際中通常對二者彈性極限與比例極限非常接近，工程實際中通常對二者不作嚴格區分，而近似地用比例極限代替彈性極限。不作嚴格區分，而近似地用比例極限代替彈性極限。 EtanE 2.2.屈服階段屈服階段 屈服點屈服點 曲線超過b點后，出現了一段鋸齒形曲線，這階段應力沒有增加，而應變依然在增加，材料好像失去了抵抗變形的能力，把這種應力不增加而應變顯著增加的把這種應力不增加而應變顯著增加的現象稱作屈服，現象稱作屈服，bc段稱為屈服階段。屈服階段曲線最低點所對應的應力 稱為屈屈服點服點(或屈服極限屈服極限)。在屈服階段卸載，將出現不能消失的塑性變形。工

8、程上一般不允許構件發生塑性變形，并把塑性變形作為塑性材料破壞的標志，所以屈服點所以屈服點是衡量材料強度的一個重要指標。是衡量材料強度的一個重要指標。 sss 3.3.強化階段強化階段 抗拉強度抗拉強度 經過屈服階段后，曲線從c點又開始逐漸上升，說明要使應變增加，必須增加應力，材料又恢復了抵抗變形的能力，這種現象稱作強化，cd段稱為強化階段。曲線最高點所對應的應力值記作 ，稱為材料的抗拉強度抗拉強度(或強度極限)，它是衡量材料強度的又一個重要指標。它是衡量材料強度的又一個重要指標。 4.4.局部變形階段局部變形階段 曲線到達d點前，試件的變形是均勻發生的，曲線到達d點，在試件比較薄弱的某一局部(

9、材質不均勻或有缺陷處)，變形顯著增加，有效橫截面急劇減小，出現了縮頸現象，試件很快被拉斷，所以de段稱為縮頸斷裂階段。 bb5.5.延伸率和斷面收縮率延伸率和斷面收縮率試件拉斷后，彈性變形消失，但塑性變形仍保留下來。工程上用試件拉斷后遺留下來的變形表示材料的塑性指標。常用的塑性指標有兩個: 伸長率伸長率: :1100LLL% %斷面收縮率斷面收縮率 :1100AAA% %L1 試件拉斷后的標距L 是原標距A1 試件斷口處的最小橫截面面積A 原橫截面面積。 、 值越大，其塑性越好。一般把 5的材料稱為塑性材料塑性材料，如鋼材、銅、鋁等；把 5的材料稱為脆性材料脆性材料，如鑄鐵、混凝土、石料等。

10、二、二、 拉伸時的強度計算拉伸時的強度計算 1.許用應力和安全系數 極限應力極限應力：材料喪失正常工作能力時的應力。材料喪失正常工作能力時的應力。塑性變形塑性變形是塑性材料破壞的標志。屈服點是塑性材料破壞的標志。屈服點 為塑性材料的極限為塑性材料的極限應力。斷裂是脆性材料破壞的標志。因此把抗拉強應力。斷裂是脆性材料破壞的標志。因此把抗拉強度度 ，作為脆性材料的極限應力。作為脆性材料的極限應力。 sb許用應力許用應力：構件安全工作時材料允許承受的最大應力：構件安全工作時材料允許承受的最大應力。構件的工作應力必須小于材料的極限應力。構件的工作應力必須小于材料的極限應力。塑性材料塑性材料：ssn =脆性材料脆性材料： =bbnn s s、n b b是安全系數: n s s =1.2=1.22.5