6拉压3-2

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材料力学-第二章 拉压与剪切

材料力学-第二章 拉压与剪切

班级 学号 姓名1 试求图示杆件1-1、2-2、3-3横截面上的轴力,并作轴力图。

2、油缸盖与缸体采用6个螺栓连接,如图示。

已知油缸内径D=350mm ,油压p=1MPa 。

若螺栓材料许用应力[ ]=40MPa ,求螺栓的内径。

题1图140 kN 30 kN20 kN122 33班级 学号 姓名3 图示木制桁架受水平力P 作用。

已知P=80kN[][]MPa MPa 10,8==压拉σσ,试设计AB 、AD 两杆的横截面积。

4 图示结构,杆1、2的横截面均为圆形,直径分别为d 1=30mm , d 2=20mm 。

两杆材料相同,许用应力[σ]=160MPa ,在节点A 处受铅直力P=80kN 。

试校核结构的强度。

A B C D P60° 60° 30° 30°BC A P 12 30° 45°班级学号 姓名5、某铣床工作台进给油缸如图示,缸内油压p=2MPa ,油缸内径D=75mm ,活塞杆直径 d=18mm 。

已知活塞材料的许用应力[σ]=50MPa ,试校核活塞杆的强度。

6、简易吊车如图所示。

AB 为木杆,横截面积 21cm 100=A ,许用压应力[]MPa 71=σ。

BC 为钢杆,横截面积22cm 6=A ,许用拉应力[]MPa 1602=σ。

试求许可吊重F 。

F30°AB C木杆 钢杆第二章 拉伸、压缩和剪切班级 学号 姓名7、 图示拉杆沿斜截面m -m 由两部分胶合而成。

设在胶合面上许用拉应力[]MPa 100=σ,许用切应力[]MPa 50=τ,并设胶合面的强度控制杆件的拉力。

试问:为使杆件承受最大拉力F ,α角的值应为多少?若杆件横截面面积为4cm 2,并规定α≤60°,试确定许可载荷F 。

8、变截面杆如图所示。

已知:21cm 8=A ,22cm 4=A , GPa 200=E 。

试求杆的总伸长l ∆。

材料力学实验(拉压试验)

材料力学实验(拉压试验)

材料力学实验(拉压试验)拉伸实验一.实验目的:1.学习了解电子万能试验机的结构原理,并进行操作练习。

2.确定低碳钢试样的屈服极限3.确定铸铁试样的强度极限、强度极限。

、伸长率、面积收缩率。

4.观察不同材料的试样在拉伸过程中表现的各种现象。

二.实验设备及工具:电子万能试验机、游标卡尺、记号笔。

三.试验原理:塑性材料和脆性材料拉伸时的力学性能。

(在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。

参考材料力学、工程力学课本的介绍,以及相关的书籍介绍,自己编写。

)四.实验步骤1.低碳钢实验(1)量直径、画标记:用游标卡尺量取试样的直径。

在试样上选取3各位置,每个位置互相垂直地测量2次直径,取其平均值;然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。

用记号笔在试样中部画一个或长的标距,作为原始标距。

(2)安装试样:启动电子万能试验机,手动立柱上的“上升”或“下降”键,调整活动横梁位置,使上、下夹头之间的位置能满足试样长度,把试样放在两夹头之间,沿箭头方向旋转手柄,夹紧试样。

(3)调整试验机并对试样施加载荷:调整负荷(试验力)、峰值、变形、位移、试验时间的零点;根据出加载速度,其中计算为试样中部平行段长度,当测定下屈服强度和抗拉强度时,并将计算结果归整后输入;按下显示屏中的“开始”键,给试样施加载荷;在加载过程中,注意观察屈服载荷的变化,记录下屈服载荷的大小,当载荷达到峰值时,注意观察试样发生的颈缩现象;直到试样断裂后按下“停止”键。

(4)试样断裂后,记录下最大载荷和断口处最小直径。

从夹头上取下试样,重新对好,量取断后标距2.铸铁实验(1)量直径:用游标卡尺量取试样的直径。

在试样上选取3各位置,每个位置互相垂直地测量2次直径,取其平均值;然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。

(2)安装试样:启动电子万能试验机,手动立柱上的“上升”或“下降”键,调整活动横梁位置,使上、下夹头之间的位置能满足试样长度,把试样放在两夹头之间,沿箭头方向旋转手柄,加紧试样。

材料力学第2章-1拉压

材料力学第2章-1拉压
6 9 2
平方米) (牛顿/平方米)记作:Pa (帕斯 牛顿 平方米 记作: 记为: 记为:Mpa 记为: 记为:Gpa 矢量背离截面 矢量指向截面
返回
N/m N/m
2 2
兆帕 千兆帕
4、正应力的符号规定: 、正应力的符号规定: 与轴力相同,拉伸( ) 与轴力相同,拉伸(+) 压缩( 压缩(-)
5、应力的分布规律: dFN= σ dA
ε
返回
二、压缩曲线: 压缩曲线:
F D B A C
σp
σs
σb
E
O
ε=∆ L/L
1、低碳钢的压缩曲线
特点: 弹性模量E均与拉伸时相同 均与拉伸时相同, 特点:极限应力σS弹性模量 均与拉伸时相同,但得不 到强度极限。 到强度极限。
返回
铸铁压缩曲线
2、铸铁压缩曲线的特点: 铸铁压缩曲线的特点: 1)形状与拉伸时相似。 )形状与拉伸时相似。 2)抗压强度比抗拉强度高 )抗压强度比抗拉强度高4~5倍。 倍 3)在较小的变形下突然破坏,破坏断面与轴线大约成 )在较小的变形下突然破坏, 450~550角。 三、两类材料力学性能比较 塑性材料:1)破坏前变形大,有流动阶段。 塑性材料: 破坏前变形大,有流动阶段。 承受冲击的能力好。 2)承受冲击的能力好。 均相同。 3)拉压时E、 σs均相同。 脆性材料: 破坏前变形小,没有明显的流动阶段。 脆性材料:1)破坏前变形小,没有明显的流动阶段。 承受冲击的能力不好。 2)承受冲击的能力不好。 抗拉强度低,抗压强度高。 3)抗拉强度低,抗压强度高。 塑性材料适合做承拉构件,脆性材料适合做承压构件。 塑性材料适合做承拉构件,脆性材料适合做承压构件。
FN =
∫ dF
A
N

材料力学课件-第三章-轴向拉压变形

材料力学课件-第三章-轴向拉压变形

Δ
F
f
o


d
A

d
•弹性体功能原理:Vε W ,
f df
• 拉压杆应变能
2 FN l V ε 2 EA
Page28
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
*非线性弹性材料
F
f
•外力功计算
W fd
0

F W 2
•功能原理是否成立? •应变能如何计算计算?

dx
dz
dy
x
•单向受力体应变能
V v dxdydz dxdydz 2E
2
z
单向受力
Page30
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
2 dxdydz •单向受力体应变能 V v dxdydz 2E FN ( x ) •拉压杆 (x)= , dydz A A 2 FN ( x ) V dx (变力变截面杆) y 2 EA( x ) l 2 FN l dx (常应力等直杆) V dz 2 EA •纯剪应变能密度 dy dxdz dy dxdydz dVε 2 2 2 1 2 z v G 纯剪切
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
第三章
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4
§3-5 §3-6
轴向拉压变形
引言 拉压杆的变形与叠加原理 桁架的节点位移 拉压与剪切应变能
简单拉压静不定问题 热应力与预应力
Page1
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
本章主要研究:
Page7

工程力学杆件的应力

工程力学杆件的应力
30
1.变形几何关系
观察到下列现象:
(1)各圆周线的形状、大小以及两圆周线间的距离没有 变化
(2)纵向线仍近似为直线, 但都倾斜了同一角度γ
(3)表面方格变为菱形。
31
• 平面假设: • 变形前为平面的横截面变形后仍为平面,它
像刚性平面一样绕轴线旋转了一个角度。
g
32
g
g
d

g dx rd
• 梁的平面假设:
梁的各个横截面在变形后仍保持为平面,并 仍垂直于变形后的轴线,只是横截面绕某一 轴旋转了一个角度。
46
• 单向受力假设:假设各纵向纤维之间互不挤 压。于是各纵向纤维均处于单向受拉或受压 的状态。
由平面假设得到的推论:
梁在弯曲变形时,上面部分纵向纤维缩短,下 面部分纵向纤维伸长,必有一层纵向纤维既 不伸长也不缩短,保持原来的长度,这一纵向 纤维层称为中性层。
86.6 MPa
17
二 圣维南原理
当作用在杆端的轴向外力,沿横截面 非均匀分布时,外力作用点附近各截面的 应力,也是非均匀分布的。但圣维南原理 指出,力作用于杆端的分布方式,只影响 杆端局部范围的应力分布,影响区的轴向 范围约离杆端1~2个杆的横向尺寸。
此原理已为大量试验与计算所证实。
用与外力系静力等效的合力代替原力系, 除在原力系作用区域内有明显差别外,在 离外力作用区域稍远处,上述代替影响非 常微小,可以略而不计。
所以,在梁的横截面上一般既有 正应力,又有 剪应力
43
弯曲切应力:梁弯曲时横截面上的切应力 弯曲正应力:梁弯曲时横截面上的正应力 基本变形:拉压;扭转;弯曲 组合变形:
对称弯曲:梁至少有一个纵向对称面,且外力作用在对称面 内,此时变形对称于纵向对称面,在这种情况下的变形形式 称为对称弯曲。

材料力学02拉压

材料力学02拉压

d h
2、试验仪器:万能材料试验机。
2、试验仪器:万能材料试验机工作原理图。
1上横梁 2立柱 3传感器 4移动横梁 5滚珠丝杠 变形测量 载荷测量
15光栅编码器
6上夹头
7试样 8下夹头 9工作平台 14引伸计 计算机
位移测量
12变压器
2、试验仪器:万能材料试验机工作原理图。
1. 变形规律试验及平面假设:
变形前
a c
b d
受载后
F
a´ c´
b´ d´
F
平面假设:原为平面的横截面在变形后仍为平面。 纵向纤维变形相同。 均匀材料、均匀变形,内力当然均匀分布。
2. 拉伸应力: P
s
FN
FN s A
轴力引起的正应力 —— s : 在横截面上均布。 3. 危险截面及最大工作应力: 危险截面:内力最大的截面或截面尺寸最小的面。 危险点:应力最大的点。
A
A 简图
F
截开:
F
F
代替: 平衡:
F
FN
A
x
F
0 FN F 0
FN F
轴力——轴向拉压杆的内力,用FN 表示。
轴力的正负规定: FN 与外法线同向,为正轴力(拉力) FN FN FN FN FN >0 FN <0
FN 与外法线反向,为负轴力(压力)
轴力图—— FN (x) 的图象表示。
Fx 0 Fy 0
解得 : FAC
FAC sin 45o FBC sin 30o FAC cos 45o FBC cos30o P
2P 2 6 FBC 2 2P 2 6
FAC
AC : s AC
FAC 103MPa A1

拉伸与压缩例题

拉伸与压缩例题

C 0.75m A D
B
1m
1.5m
F
材料力学
拉伸与压缩/轴向拉(压)时的变形
解:(1)由CD杆的许可内力[ FN ]
FN
许可载荷[F]
由强度条件:
FAx
A
D 1.5m
B
[ FN ] [ ] A
FAy
1m
4 F 50.24 kN


0.022 160 106
由平衡条件:
FA FB T EA
100 MPa(压)
这就是温度应力
材料力学
2 6
a 4.5 10 45 kN
两杆分别达到许可内力时所对应的载荷
1杆
Fmax
材料力学
4 4 FN 1,max 30 .15 40 .2 kN 3 3
拉伸与压缩/拉(压)时的强度计算 2杆:
Fmax
确定结构的许可载荷为
4 4 FN 2,max 45 36 kN 5 5
拉伸与压缩/拉(压)时的强度计算
2、F=2 吨时,校核强度 3 3 2 10 9 . 8 FN 1 4 1杆: 1 2 A1 d 4 76.8 MP a [ ]1 150 MPa
2杆:
5 3 2 10 9 . 8 FN 2 2 4 A2 a2
2.5 MP a [ ]2 4.5 MPa
因此结构安全。
材料力学
拉伸与压缩/拉(压)时的强度计算
3、F 未知,求许可载荷[F] 各杆的许可内力为
FN1,max A1 [ ]1 FN 2,max A2 [ ]2

4
d 2 150 106 30.15 kN

材料力学第二章+拉压

材料力学第二章+拉压

FN4
20kN
第二章 轴向拉伸和压缩
§2.2 内力计算
40kN A B 300 50
55kN 25kN C 500 D 400
20kN E
FN
(kN) 10
FN1=10kN (拉力) FN2=50kN (拉力) FN3= - 5kN (压力) FN4=20kN (拉力)
+
20
+
5
FNmax 50( kN ) 发生在BC段内任一横截面上
寸。)
第二章 轴向拉伸和压缩 圣维南原理:
§2.3 拉压杆的应力
在静力等效条件下,不同的加载方式只对加载处附近区 域的应力分布有影响,离开加载处较远的部分,其应力分布 并没有显著的差别。
第二章 轴向拉伸和压缩
§2.3 拉压杆的应力
例题2-3 试求此正方 形砖柱由于荷载引起的横 截面上的最大工作应力。 已知F = 50 kN。
FN
O
x
第二章 轴向拉伸和压缩
§2.2 内力计算
例题1
一等直杆其受力情况如图所示, 作杆的轴力图.
40kN A 600 B 300
55kN 25kN C 500 D 400
20kN E
第二章 轴向拉伸和压缩
40kN
§2.2 内力计算
55kN 25kN
300
20kN D 400
E
A
600
B
C
500
§2.2 内力计算
1、截面法
截开 在求内力的截面m-m 处, 假想地将杆截为两部分. 代替 取左部分为研究对象。弃去 右部分。弃去部分对研究对 象的作用,以截开面上的内 m F m FN m
F
m
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ζ
e p 弹性阶段
①弹性阶段
elastic stage
特点:变形是完全弹性的 特征应力:
ε
弹性极限e elastic limit 比例极限p proportional limit
比例阶段proportional limit: ζ ≤ ζp
胡克定律 Hookes Law
ζ = Eε
E——弹性模量Young ,modulus of elasticity 单位: GPa, 1 GPa = 109 Pa 物理意义:材料抵抗弹性变形的能力。 几何意义:ζ-ε 图比例阶段斜率。
AC杆
FN 1 0.732F A1 A1
FN2 = 0.518 F
FN 2 0.518F A2 A2
B
45° ① 30° ②
C
A2 314 160 F 97.1 kN 0.518 0.518
A
F 97.1
F
kN
另外一种算法
AB杆 AC杆
断口:杯口状 有磁性 思考原因为何? ε
3. 特征应力
ζ
强度极限σb
屈服极限σs 弹性极限σe 比例极限σp
ε
4.卸载定律
ζ
卸载
拉伸过程中 在某点卸载, ζ-ε将按照比例 阶段的规律变化, 直到完全卸载。
ε
卸载再加载规律:
ζ
卸载后重新加载, ζ-ε则沿卸载路径变化, 至卸载点附近后则 回到未经卸载的曲线。
等截面杆强度条件
max
FN max A
强度计算的三类问题
1. 强度校核 2. 截面选择 3. 确定许用载荷
max
FN max A
max
A
FN max ? A
FN max

FN max A
例3-2
B
1
30°
已知: AB杆: 横截面积 A1=600mm² , []1=160 MPa; BC杆:横截面积A2=10000mm² , []2=7 MPa , F=40kN.
FN A
(2)校核强度
A
AB杆
1
30°
B
FN 1 80 10 3 1 133 MPa 6 A1 600 10
C
2
FN1
1
F
30°
BC杆
FN2
B
FN 2 69.3 10 3 2 6.93 MPa 6 A2 10000 10
A
C
2
FN1
F
30°
求:校核强度 解:(1)计算内力 取结点A
∑Fy= 0, FN1 sin30°-F = 0
FN2
A
FN 1 2F 80 kN
∑Fx= 0, -FN1cos30°-FN2 = 0
F
FN 2 3F 69.3 kN
FN 1 80 kN FN 2 69.3 kN
2
2

4
例题
F=500kN
A 167 cm
2
A
250
Hale Waihona Puke D d22

4

4A 4 167 2 d D 25 20.3 cm
2
D d 25 20.3 2.4 cm 2 2
例题3-4
B
45° ① 30° ②
C FN1
A
F
已知: A1 = 706.9 mm2, A2= 314 mm2, F 30°45° N2 〔ζ〕=160 MPa A x 求:许可载荷〔F〕 F 解:1. 内力计算
⑵ 断面收缩率 ψ
percentage reduction of area A 100% A
Q235钢 ψ = 60﹪
2、其他塑性材料拉伸
ζ
16锰钢
ε
ζ
退火球墨铸铁
ε
ζ
锰钢
ε
ζ
玻璃钢
ε
ζ
锰钢
玻璃钢
16锰钢
退火球墨铸铁
ε
塑性材料的共同 特点只有一个,那 就是断后伸长率大 于5﹪. 问题:对无明显屈 服阶段的塑性材料 如何确定强度指标?
FN1 A1
FN2 A2
列平衡方程求
F
B
FN1 A1
C
45° ① 30° ②
A
F
5.根据卸载定律,一般地一点线应变ε由两部 分组成:弹性应变εe和塑性应变εp ;
ε = εe+εp
σ
εp
ε
εe
ε
三种拉伸应力-应变曲线
塑性金属材料 脆性材料 聚合物 σ σs
100 50
ζb
ζs
ζ
ζ(MPa)
ζb
0.45
σb
ε
ε(%)
ε
第五节 许用应力 1.失效
强度条件
失效—由于材料的力学行为而使
②屈服阶段
yield stage
ζ
σs 屈服阶段
特点:材料失去抵抗变形的能力 ——屈服(流动) yield 特征应力:屈服极限ζs yield limit Q235钢 ζs=235MPa
滑移线 slip liens: 方位—与轴线成45°
ε 原因—最大切应力 机理—晶格滑移
45°
③强化阶段
strengthing stage
可制成受压构件
拉伸
0.05 0.10 ε
木材的力学性质
ζ
顺纹拉伸
木材抗拉强度高于 抗压强度。 木材顺纹方向的 强度高于横纹方向的 强度;
顺纹压缩 横纹压缩
ε
木材是 各向异性材料
结论与讨论
1.强度、变形计算必须了解材料的力学性能; 2.了解材料的力学性能主要是分析σ-ε曲线; 问题1:如何得到σ-ε曲线? 问题2:如何分析σ-ε曲线? 3.工程材料按其断后伸长率大小分成两大类: 塑性材料和脆性材料; 塑性材料 δ>5﹪ 脆性材料 δ<5﹪ 4.塑性材料和脆性材料的强度指标不同: 塑性材料取ζs或ζ0.2, 脆性材料取ζb.
y
取结点 A
∑Fx = 0, FN2sin45°-FN1sin30° = 0 ∑Fy = 0, FN1cos30°+FN2cos45°-F = 0
解出
FN1 = 0.732 F FN2 = 0.518 F
(2)计算[F]
AB杆
FN1 = 0.732 F
A1 706.9 160 F 154.5 kN 0.732 0.732
=

s 或 0.2 b
塑性材料 脆性材料
工作应力是否允许达到极限应力?
5. 安全因数
⑴ 计算误差 ⑵ 荷载估计误差 ⑶ 材料缺陷 ⑷ 制造工艺误差 ⑸ 耐久性要求 上述因素要求选择安全因数 n
6. 许用应力 7. 强度条件



o
n
FN max A max ζmax —最大工作应力
构件丧失正常功能的现象.
2. 材料的失效形式
强度失效 (Failure by Lost Strength)
刚度失效 失稳失效 疲劳失效
3.两种强度失效形式
(1) 屈 服 (2) 断 裂
无裂纹体
含裂纹体
强度失效 由于断裂(Rupture)或屈服(Yield)引起的失效
4. 强度指标
极限应力
材料力学的研究思路 外力 内力
应力
变形
强度条件
刚度条件
第四节 材料在拉压时的力学性能
力学性能mechanical properties—— 又称机械性能,指材料在外力作用下 表现出的破坏和变形等方面的特性。 目的——确定材料破坏和变形方面的 重要性能指标,以作为强度和变形 计算的依据。 方法——试验。
ζ
σb
强化阶段
特点: 应变硬化 strain
hardening 材料恢复变形抗力,
ζ-ε 关系非线性, 滑移线消失, 试件明显变细。 特征应力:强度极限ζb ultimate strength
ε
④颈缩阶段(局部变形阶段)
stage of local deformation
ζ
颈缩阶段
特征:颈缩现象
necking
名义屈服极限σ0.2
ζ
0.2
塑性应变 等于0.2% 时的应力值
0. 2%
ε
拉延(drawn)现象
σ σs
聚合物
颈缩 σb
ε
3、铸铁拉伸
σ(MPa)
1.强度极限低;
ζb=110~160MPa
2.非线性; 近似用割线代替 3.无屈服,无颈缩;
100 50
ζb
0.45
δ<0.5﹪; 5.平断口。
4. ε(%)
不宜受拉!
二、压缩
1. 低碳钢
ζ(MPa)
压缩 400 拉伸
1.E, σp , σe,ζs, 与拉伸相同; 2.测不出ζb; 3.试件呈鼓状。
200
压缩试验无意义
0.10 0.20 ε
2. 铸铁
ζ(MPa) 600
压缩 400 300
1.ζb高于拉伸; ( 接近4倍) 2.δ大于拉伸; (接近5﹪) 3.E与拉伸不同; 4.斜断口.
再加载
冷拉时效
卸载后过几天再 重新加载,ζ-ε则按 卸载路径变化,高于 卸载点的曲线,获得 更高的强度指标。
ε
冷作硬化
ζ
cold hardening
现比例极限
现残余应变 原比例极限
原残余应变
ε
在强化阶段卸载,材料的 比例极限提高,塑性降低。
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