工程力学第五章__拉伸和压缩详解
工程力学第二版教学课件第五章 轴向拉伸和压缩
第五四章 轴向拉伸和压缩 四、轴力图
用来表示轴力沿杆件轴线变化情况的图形称为轴力图。 【课堂练习】求横截面1-1、2-2上的轴力并画出轴力图。
第五四章 轴向拉伸和压缩
第二节 拉（压）变形的应力和强度计算
1．掌握应力的概念及相关知识。 2．掌握胡克定律。 3．掌握拉伸、压缩时的强度条件及计算方法。
第五四章 轴向拉伸和压缩
【课堂练习】在圆钢杆上铣出一通槽，如图所示。已知钢 杆受拉力F＝15kN作用，钢杆直径d＝20mm。试求A—A和B— B截面上的应力，说明A—A和B—B截面哪个是危险截面？
第五四章 轴向拉伸和压缩
二、胡克定律
实验表面，大多数材料在其弹性范围内时，正应力σ与 线应变ε成正比，其表达式为：
（2）内力分析
FN1＝F'RBA＝28.28 （kN） FN2＝F'RBC＝－20（kN）
第五四章 轴向拉伸和压缩
（3）计算正应力
第五四章 轴向拉伸和压缩
（4）校核BC杆强度 因为[σ]＝98MPa，杆BC的实际最大工作应力σ2＜[σ]，所 以杆BC强度足够。根据强度条件σ≤[σ]，杆AB的横截面面积应 满足以下条件才能安全工作。即
第五四章 轴向拉伸和压缩
4．拉伸、压缩时的正应力
当杆件受到拉伸、压缩时，杆件单位横截面上的内力称 为拉（压）应力。由于拉（压）应力是垂直于横截面的，所 以这种与横截面垂直的应力叫正应力。
第五四章 轴向拉伸和压缩
正应力的计算公式为
σ
＝
FN A
在工程计算中 • 应力的法定计量单位为Pa（帕），即N / m2 (牛/米2)。 • 应力单位常用MPa （兆帕），即N / mm2 (牛/毫米2) 。 • 1MPa ＝106Pa 。
《建筑力学》第五章-轴向拉伸和压缩
总结词
随着科技的发展，新型材料不断涌现，对新 型材料的轴向拉伸和压缩性能进行研究，有 助于发现更具有优良力学性能的材料，为工 程应用提供更多选择。
详细描述
近年来，碳纤维复合材料、钛合金等新型材 料在轴向拉伸和压缩方面的性能表现引起了 广泛关注。通过深入研究这些材料的力学特 性，可以进一步挖掘其潜在应用价值，为建 筑、航空航天、汽车等领域提供更轻质、高
2. 弹性模量计算
根据应力-应变曲线的初始直线段，计算材料的弹性模量，用于评估材料的刚度和抵抗弹性变形的能力 。
实验步骤与实验结果分析
3. 泊松比分析
通过测量试样在拉伸和压缩过程中的 横向变形，计算材料的泊松比，了解 材料在受力时横向变形的性质。
4. 强度分析
根据应力-应变曲线中的最大应力值， 评估材料的抗拉和抗压强度，为工程 实践中选择合适的材料提供依据。
供理论支持，确保结构的安全性和稳定性。
智能化技术在轴向拉伸和压缩领域的应用研究
要点一
总结词
要点二
详细描述
随着智能化技术的不断发展，其在轴向拉伸和压缩领域的 应用研究逐渐成为热点，有助于提高测试精度和效率，为 实验研究和工程应用提供有力支持。
例如，利用智能传感器和机器学习技术对轴向拉伸和压缩 实验进行数据采集和分析，可以提高实验的精度和效率。 同时，智能化技术的应用还可以为实验数据的处理、分析 和预测提供新的方法和手段，为实验研究和工程应用提供 更加全面和准确的数据支持。
特性
轴向拉伸和压缩时，物体在垂直 于轴线方向上的尺寸保持不变， 而在轴线方向上的尺寸发生改变 。
轴向拉伸和压缩的分类
按变形程度
可分为弹性变形和塑性变形。弹性变形是指在外力撤销后，物体能够恢复原状的 变形；塑性变形是指外力撤销后，物体不能恢复原状的变形。
工程力学拉伸与压缩课件
实验步骤与操作
试样准备
选择合适的材料和尺寸，制作试样，确保其 质量和尺寸符合实验要求。
安装设备
将试样安装在实验支架上，连接拉伸机或压 缩机，确保设备稳定可靠。
加载实验
对试样施加拉伸或压缩载荷，记录实验过程 中的力和变形数据。
数据处理
分析实验数据，计算材料的弹性模量、泊松 比等力学性能参数。
实验数据记录与分析
力-位移曲线
应变-位移曲线
弹性模量
泊松比
CATALOGUE
工程应用案例
建筑结构的拉伸与压缩分析
总结词
建筑结构的稳定性与安全性
详细描述
在建筑结构中，拉伸与压缩是常见的受力形式。通过对建筑结构的拉伸与压缩分析，可以评估结构的稳定性、安 全性以及使用寿命。例如，桥梁、高层建筑和工业厂房等大型建筑结构需要进行精确的拉伸与压缩分析，以确保 其能够承受各种外力作用。
工程力学拉伸与压 缩课件
contents
目录
• 引言 • 工程力学基础 • 材料拉伸与压缩性能 • 拉伸与压缩的实验方法 • 工程应用案例 • 拉伸与压缩的未来发展
CATALOGUE
引言
课程背景 01 02
课程目标
1 2 3
CATALOGUE
工程力学基础
力学基本概念
01
02
03
力
刚体变形与计算机科源自结合01与生物学和医学结合
02
与环境科学结合
03
THANKS
感谢观看
CATALOGUE
材料拉伸与压缩性能
材料拉伸性能
弹性极限
抗拉强度
伸长率 杨氏模量
材料压缩性能
01
抗压强度
材料在压缩过程中所能承受的最大 压应力。
工程力学工力题解
⼯程⼒学⼯⼒题解第五章轴向拉伸与压缩5-1 已知F 1=20kN ，F 2= 8kN ，F 3=10kN ，⽤截⾯法求图⽰杆件指定截⾯的轴⼒。
解:⽤简便⽅法求截⾯轴⼒ a ）： F N1= F 1-F 2=20-8=12kNF N2= -F 2=-8kN b ）：F N1= F 2=8kNF N2= F 2 -F 1=8-20=-12kNF N3= F 2 -F 1+ F 3=8-20+10=-2kN5-2 图⽰杆件，求各段内截⾯的轴⼒，并画出轴⼒图。
解:⽤简便⽅法求截⾯轴⼒ a ）： F NAB =10kNF NBC =10-40= -30kN b ）：F NAB =-5kNF NBC =-5+15=10kNF NCD =-5+15-6=4kN5-3 题5-2a 图中杆件较细段A 1=200mm 2，较粗段A 2解:画轴⼒图5-4 图⽰插销拉杆，插销孔处横截⾯尺⼨b =50mm ，h 解:1）求轴⼒ F N = F N =80kN2）求最⼤应⼒ 5-5 图⽰油缸盖与缸体采⽤6个内径d =10mm 若螺栓材料的许⽤应⼒[σ]=170MPa ，试校核螺栓的强度。
解:1）求轴⼒F N = F =p πD 2/4=2×π×2002/4=20π×103N=20πkN2）强度计算MPa 3.1334/1061020623max===ππσA F N <[σ] 螺栓强度满⾜。
5-6 图⽰钢拉杆受轴向载荷F =128kN ，材料的许⽤应⼒[σ]=160MPa ，横截⾯为矩形，其中h =2b ，试设计拉杆的截⾯尺⼨b 、h 。
解:1）求轴⼒F N = F = 40πkN 2）强度计算由正应⼒强度准则][22max σσ≤==bFA F N N 得所以 b =20mm, h =40mm5-7 图⽰桁架，AB 、AC 杆铰接于A 点，在A 点悬吊重物G =17πkN ，两杆材料相同，[σ]=170MPa ，试设计两杆的直径。
建筑力学第五章14轴向拉伸和压缩
杆的轴力图。 q(x)
解：x 坐标向右为正，坐标原点在 自由端。
L
取左侧x 段为对象，内力N(x)为：
O x
O x
q
q(x)
Nx x
N
qL
N(x) xkd xx1k2 x
0
2
–
kL 2
N(x)max12kL2
2
例3 画出图示直杆的轴力图。
解： 1.求轴力
F R =6kN
1-1截面： N 6kN 1
OA
BC
D
FA
FB
FC
FD
N1
A
BC
D
FA
FB
FC
FD
解： 求OA段内力N1：设置截面如图
X 0
N F F F F 0
1
A
B
C
D
N 1 5 F 8 F 4 F F 0N1 2F
同理，求得AB、
N2
BC、CD段内力分
别为：
N2= –3F
N3= 5F
N4= F
N
2）. 斜截面应力计算 N F
Fx0, pcA osF0
pFcAos0cos
pco s0co 2s
psi n20si2 n
全应力 正应力 切应力
5.3拉（压）杆横截面及斜截面上的应力
符号规定：
n
m
o
P x
m
⑴、：斜截面外法线与x轴的夹角。 x 轴逆时针转到 n 轴 “ ”规定为正值；
A
L1
B F L1 D
H
L2
uB
O
L2
vB
C
K
第5章 轴向拉伸和压缩 工程力学(第五版) 教学课件
5.3.1 应力的概念 1. 定义：由外力引起的内力集度。
2. 应力的表示：
F
M
A
p lim F dF A0 A dA
应力是矢量，它的方向与ΔF方向相同。材料力学中，通常 把p分解为垂直于截面的分量σ和沿截面的分量τ，σ称为正 应力，τ称为剪应力。 在国际单位制中，应力的单位是帕斯卡，用符号Pa来表示 ，1 Pa=1 N/m2，比较大的应力用MPa（106 Pa）和GPa（109 Pa）来表示。
a´
b´
P
c´
d´
x dx
L1 4、x点处的纵向线应变：
6、x点处的横向线应变：
lim dx
x0 x
ac
ac
5、杆的横向变形：
ac ac ac
5.5.3 泊松比 • 实验表明：对于同种材料，在弹性限度内，横向线应
变和纵向线应变成正比，即
1
表6-1 几种常见材料的E、μ值
材料名称 低碳钢 合金钢 灰铸铁
铜及其合金 橡胶
E/GPa 196～216 186～206 78.5～157 72.6～128 0.008～0.67
μ 0.24～0.28 0.25～0.30 0.23～0.27 0.31～0.42
0.47
27
5.5.4 胡克定律 1、胡克定律 P
2、定律的另一种形式
P
l Nl EA
※“EA”称为杆的抗拉压刚度。
当a = 0°时，
a
0
max
a
0
0
当a = 90°时，
a
90
0
a
90
0
当a =45°时，
a
45
2
第5章 轴向拉伸和压缩(工程力学课件)
机电系
2.相对变形：单位长度的变形量。
L
L
′
＝
d d
和 ′都是无量纲量，又称为线应
变，其中 称为轴向线应变， ′称
为横向线应变。
3.横向变形泊松比：
′＝
-
5.3
拉伸与压缩杆件的应力与变形
机电系
虎克定律 ：实验表明，对拉(压)杆，当应力不超过某
一限度时，杆的轴向变形与轴力FN 成正比，与杆长 L成正比，与横截面面积A 成反比。这一比例关系称 为虎克定律。引入比例常数E，其公式为:
的直径。
解： 1）求各杆 的轴力：
第五章 轴向拉伸和压缩 第四节 拉压杆的强度计算
n
Fix 0
i1 n
Fiy 0
i1
FN1 cos 30 FN2 cos 30 0 FN1 sin 30 FN1 sin 30 F 0
解得： FN1 F 50kN（拉） FN 2 50kN（压）
低碳钢拉伸时的力学性质
标准试件
试件的有效工作总
长度称为标距 l0 。
矩形
圆形 l0 10d0 或 l0 5d0
0
l0 11.3 A0 l0 5.65 A0
第五章轴向拉伸和压缩 第五节材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能
低碳钢的拉伸图（FN-l 曲线 ）
第五章轴向拉伸和压缩 第五节材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能
➢ 韧性材料的强度失效——屈服与断裂。 ➢ 脆性材料的强度失效——断裂。
5.5 拉伸与压缩时材料的力学性能
机电系
因此，发生屈服和断裂时的应力就是失效应力(failure stress)，也 就是强度设计中的危险应力。韧性材料与脆性材料的强度失效应 力分别为：
05工程力学（静力学和材料力学）第2版课后习题答案_范钦珊主编_第5章_轴向拉伸与压缩
eBook工程力学（静力学与材料力学）习题详细解答（教师用书）(第5章)范钦珊 唐静静2006-12-18第5章轴向拉伸与压缩5－1试用截面法计算图示杆件各段的轴力，并画轴力图。
解：(a)题(b)题(c)题(d)题习题5－1图F NxF N(kN)x-3F Nx A5－2 图示之等截面直杆由钢杆ABC 与铜杆CD 在C 处粘接而成。
直杆各部分的直径均为d ＝36 mm ，受力如图所示。
若不考虑杆的自重，试求AC 段和AD 段杆的轴向变形量AC l Δ和AD l Δ解：()()N N 22ssππ44BCAB BC AB ACF l F l l d dE E Δ=+33321501020001001030004294720010π36.××+××=×=××mm ()3N 232c100102500429475286mm π10510π364..CDCD AD AC F l l l d E ΔΔ×××=+=+=×××5－3 长度l ＝1.2 m 、横截面面积为1.10×l0－3 m 2的铝制圆筒放置在固定的刚性块上；-10F N x习题5－2图刚性板固定刚性板A E mkN习题5－4解图直径d ＝15.0mm 的钢杆BC 悬挂在铝筒顶端的刚性板上；铝制圆筒的轴线与钢杆的轴线重合。
若在钢杆的C 端施加轴向拉力F P ，且已知钢和铝的弹性模量分别为E s ＝200GPa ，E a ＝70GPa ；轴向载荷F P ＝60kN ，试求钢杆C 端向下移动的距离。
解： a a P A E l F u u ABB A −=−（其中u A = 0）∴ 935.0101010.11070102.1106063333=×××××××=−B u mm钢杆C 端的位移为33P 32s s601021100935450mm π20010154...BC C B F l u u E A ×××=+=+=×××5－4 螺旋压紧装置如图所示。
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要参数。 ❖ 建立安全系数和许用应力的概念，掌握拉伸和压缩时
的强度条件及其应用。
§5－1 拉伸和压缩的力学模型
定义
轴向拉伸——在轴向力作用下，杆件产生伸长 变形，简称拉伸。
拉伸
轴向压缩——在轴向力作用下，杆件产生缩短 变形，简称压缩。
1-螺栓 2-上螺母 3-下螺母 4-垫圈
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
图a、b分别为上下螺母与螺栓的受力图。当双螺母拧
紧时，上螺母受到的力有：下螺母给它的作用力F1(压紧 力)，螺栓给它的作用力F3（螺纹牙所受力的合力）；下螺 母受到的力有：上螺母给它的反作用力F1′，螺栓给它的 作用力F4，以及垫圈给它的作用力F2。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
轴力的正负规定：
当轴力指向离开截面时，杆件受拉，规定轴力为正， 轴力为拉力；反之，当轴力指向截面时，杆件受压，规定 轴力为负，轴力为压力。即拉为正，压为负。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
解题前须知：
（1）当求解存在多个外力作用的杆件的内力时，切忌 主观判断而误将截面附近作用的外力当作该截面上的内力。
（2）在两个轴向外力之间取任意截面时，不要在外力 作用点切取，因为在外力作用点处的截面上其内力是不确定 值。
（3）轴力的大小等于截面一侧（左或右）所有外力的 代数和。
（4）力的可传性原理在材料力学中已不适用。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
【例5－1】如图所示为一液压系统中液压缸的活塞杆。作 用于活塞杆轴线上的外力可以简化为F1 = 9.2 kN，F2 = 3.8 kN， F3 = 5.4 kN。试求活塞杆横截面1—1和2—2上的内力。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
（1）轴向拉、压变形
截面上的内力为轴力——与轴线重合。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
（2）剪切变形
截面上的内力为剪力——与截面平行。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
（3）扭转变形
截面上的内力为扭矩——作用在横截面内的内力偶。
用截面法求内力的步骤：
（1）截开 将杆件在欲求内力的截面处假想地切开， 取其中一部分为研究对象，画出该部分所受的外力。
（2）代替 用截面上的内力来代替去掉部分对选取 部分的作用。在计算内力时，一般先假设内力为正。
（3）平衡 列出选取部分的静力学平衡方程，确定 未知内力的大小和方向。
截面法求内力的步骤
必须指出，在螺纹连接中使用各种垫圈 （如弹簧垫圈）也能起到防松作用。
§5－3 拉伸（压缩）时横截面上的应力与应变
两根材料相同，但横截面面积不同的 杆件，所受外力相同，随着外力的增大， 哪一根杆件先断裂破坏？
§5－3 拉伸（压缩）时横截面上的应力与应变
一、拉伸（压缩）时横截面上的应力——正应力
压缩
§5－1 拉伸和压缩的力学模型
拉伸
压缩
§5－1 拉伸和压缩的力学模型
特点
受力特点——作用于杆件两端的外力大小相 等，方向相反，作用线与杆件轴线重合。
变形特点——杆件变形是沿轴线方向伸长或 缩短。
构件特点——等截面直杆。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
一、内力 二、内力的计算——截面法 三、轴力图
a）
b）
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
当用力将两螺母互相并紧的时候，两个螺母 的螺纹就向相反的方向顶紧螺杆，上螺母与螺杆 螺纹间存在相互作用力F3与F3′，且“并”得越紧， “顶”力就越大，螺母与螺杆螺纹间的相互作用 力（ F3与F3′ ）就越大。一旦螺母产生松动趋势时， 上下螺母间相互作用力F1与F1′产生的摩擦阻力矩 以及下螺母和垫圈之间相互作用力F2与F2′产生的 摩擦阻力矩能阻碍上下螺母的松动。机器振动时， 一般不会使这些力消失，故使用双螺母能起到防 松作用。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
一、内力 1．定义
因外力作用而引起构件内部之间的相互作用 力，称为附加内力，简称内力。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
2．类型
轴力——轴向拉、压变形时的内力，FN。 剪力——剪切变形时的内力，FQ。 扭矩——扭转变形时的内力，MT。 弯矩与剪力——弯曲变形时的内力， FQ 与Mw 。
解题过程
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力 三、轴力图
直观地表明各截面上轴力沿轴线的变化，横坐标x轴 表示各横截面的位置，纵坐标表示相应截面上轴力的大小。
轴力为正画在x轴的上方；轴力为负画在x轴的下方。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
双螺母防松的应用原理
单螺母松动的原因是机器在 工件时，由于产生振动和冲击， 使拧紧螺母时螺纹间的压力突然 消失，螺母瞬时处于“自由状 态”。双螺母是螺栓联接中常用 的防松方法，如右图所示。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
根据螺栓受力图（图c），用截面法可分段求得
轴力为： FN 2 F3
F N1 F F3 F4
根据各段轴力的大小可画出轴力图如图d所示。
c）
d）
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
从图a、b中可以看出，螺栓与螺母可简化 为轴向拉伸与压缩构件；在双螺母连接中， 最大轴力发生在螺纹连接处。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
（4）弯曲变形
截面上的内力为弯矩与剪力——弯矩为作用在杆 轴线平面内的内力偶，剪力可略去。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力 二、内力的计算——截面法
截面法——取杆件的一部分为研究对象，利用 静力学平衡方程求内力的方法。
§5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力——轴力
第五章 拉伸和压缩
§5－1 拉伸和压缩的力学模型 §5－2 拉伸（压缩）时横截面上的内力—— 轴力 §5－3 拉伸（压缩）时横截面上的应力与应 变 §5－4 拉伸和压缩的强度条件及其应用 *知识拓展
第五章 拉伸和压缩
❖ 了解轴向拉伸和压缩时构件的受力与变形特点。 ❖ 掌握轴向拉伸和压缩时构件的内力、应力的计算方法。 ❖ 了