拉伸压缩和剪切
2第二章拉伸、压缩与剪切概述

22
屈服极限的确定方法
σ
b
0.2
o
0.2%
在ε轴上取0.2%的点, 对此点作平行于σ-ε曲线 的直线段的直线(斜率亦为 E),与σ-ε曲线相交点对 应的应力即为σ0.2 .
ε
σb是衡量脆性材料强度的唯一指标。
材料力学 土木工程系 陈爱萍
23
§2.5 材料压缩时的力学性能
国家标准规定《金属压缩试验方法》(GB7314—87)
材料力学 土木工程系 陈爱萍
28
§2.7 失效、 安全因数和强度计算
一、极限应力、安全系数、许用应力
材料破坏时的应力称为极限应力。 由于各种原理使结构丧失其正常工作能力的现象,称为失效
jx
s b
塑性材料 脆性材料
构件工作时允许达到的最大应力值称许用应力
jx
n
材料力学 土木工程系 陈爱萍
(3) 必须是等截面直杆,否则横截面上应力将不是均匀 分布,当截面变化较缓慢时,可近似用该公式计算。
材料力学 土木工程系 陈爱萍
12
§2.3 直杆拉伸或压缩时斜截面上的应力
F
FF
p cos
FN A
cos cos2
p
sin
cos sin
1 sin 2
材料力学 土木工程系 陈爱萍
37
求解超静定问题的基本步骤:
(1)平衡方程; (2)几何方程——变形协调方程; (3)物理方程——弹性定律; (4)补充方程:由几何方程和物理方程得; (5)解由平衡方程和补充方程组成的方程组。
材料力学 土木工程系 陈爱萍
38
_ 轴向拉伸、压缩和剪切

再求BC段轴力,在BC 段内用任一横截面2-2截 开,仍考察左段(图1-3c),在截面上仍设正的轴
力FN2,由FX=0得
-6+18+FN2=0, FN2=-12kN FN2得负号说明原先假设拉力的方向是不对的 (应为压力),同时又表明轴力FN2是负的。BC 段内任一横截面的轴力都等于-12kN。
P
XA A
D
FN2
3
FN3
P
FN (kN)
3D
2P
P
C B
1
FN1
P
C
2
1
2P
P
C
2
B
2P
P
C B
60
x
60
120
第1节 轴向拉压概念、轴力、应力
画轴力图要求:
FN图画在受力图下方; 各段对齐,打纵线; 标出特征值、符号、注明力的单位。
画轴力图目的:
表示出轴力沿杆件轴线方向的变化规律; 易于确定最大轴力及其位置。
ΔT
A0 A
=S cos
ΔN
n
S sin
第1节 轴向拉压概念、轴力、应力
2. 轴向拉压概念、轴力 应 力
1. 试画出图1-3a直杆的轴力图
图13
解:
此直杆在A、B、C、D点承受轴向外力。先求AB段轴 力。在段内用任一横截面1-1截开,考察左段(图1-3b) , 在截面上设出正轴力FN1。由此段的平衡方程FX=0 得
第一章 轴向拉伸、压缩与剪切
一、轴向拉伸与压缩的概念
1.1
《拉伸压缩与剪切》课件

探索物理学的魅力,让我们更好地理 解自然界中蕴含的规律。
《拉伸压缩与剪切》PPT 课件
欢迎来到本课件!今天我们将探讨拉伸、压缩和剪切的概念,以及它们在实 际生活中的应用。让我们一起开始这段有趣的旅程吧!
拉伸的定义与实例
定义
拉伸是指在作用下物体形状发生改变的物理现象。
实例
弹簧的拉伸和伸展、建筑结构中的悬挂杆件、金属的冷加工拉伸等。
压缩的定义与实例
定义
压缩是指外部力使物体体积减小的物理现象。
都能改变物体的形状和大小,都是物体受 外力影响时产生的物理现象。
拉伸、压缩和剪切的应用
拉伸的应用
悬索桥、天桥等桥梁结构。
压缩的应用
建筑结构、发动机缸体等。
剪切的应用
压铸、机械制造、军工等。
总结与提问
1
思考题
2
拉伸、压缩和剪切是否存在其他应用?
3
知识点总结
拉伸、压缩和剪切是物理学中重要的 物理现象,与我们生活息息相关。
实例
弹簧的压缩、建筑物受重力挤压、汽车减震系统 的压缩等。
剪切的定义与实例
定义
剪切是指物体两部分沿着不同方向运动,导致 其形状变化的物理现象。
实例
• 剪刀剪纸 • 车辆经过不平路面时产生的振动 • 风、水流等对物体的影响
拉伸、压缩和剪切的区别与联系
1 区别
2 联系
拉伸与压缩是物体沿相反方向
材料力学拉伸压缩与剪切

材料力学拉伸压缩与剪切材料力学是研究材料在外力作用下的力学性能和变形规律的学科。
在材料力学中,拉伸、压缩和剪切是三种常见的受力方式。
本文将对这三种受力方式进行详细的讨论。
一、拉伸拉伸是将材料的两个端点向相反方向施加力,使材料产生变形和应力的一种受力方式。
在拉伸过程中,应力沿受力方向逐渐递增,直到材料达到其抗拉极限,引起断裂。
拉伸强度是指材料在拉伸过程中所能承受的最大伸长应力,常用于评价材料的抗拉性能。
材料在拉伸过程中会发生塑性变形和弹性变形。
当应力较小时,材料发生弹性变形,即材料在去除应力后能恢复原状。
当应力较大时,材料发生塑性变形,即材料变形后无法完全恢复原状。
材料的塑性变形通常伴随着颈缩现象,即材料在拉伸过程中发生细颈,最终引起断裂。
在拉伸过程中,材料的变形主要通过断裂面的拉伸和滑移来实现。
断裂面的拉伸是指材料在拉伸过程中,沿断裂面发生直接断裂的现象。
滑移是指材料分子、原子或晶粒之间发生相对滑动的行为。
材料的拉伸性能主要由断裂面的塑性变形和滑移行为共同决定。
二、压缩压缩是将材料的两个端点向相同方向施加力,使材料产生变形和应力的一种受力方式。
在压缩过程中,材料的体积减小,应力沿受力方向逐渐递增,直到材料达到其抗压极限,引起破坏。
抗压强度是指材料在压缩过程中所能承受的最大应力,常用于评价材料的抗压性能。
与拉伸不同,材料在正常应力下的压缩变形主要是弹性变形。
材料在压缩过程中会呈现出不同的弹性阶段,即初期弹性阶段、线弹性阶段和屈服弹性阶段。
初期弹性阶段材料呈现出线性弹性变形;线弹性阶段材料呈现出弹性变形,但变形量不再是线性增加;屈服弹性阶段材料呈现出应力和应变之间非线性关系。
三、剪切剪切是指材料在外力作用下,造成平行于断裂面的错切运动和应力的一种受力方式。
在剪切过程中,材料发生剪切变形,即材料平行于受力方向发生错开运动。
剪切强度是指材料在剪切过程中所能承受的最大剪应力,常用于评价材料的剪切性能。
材料的剪切变形属于塑性变形,主要发生在晶体或晶体之间的滑移面上。
拉伸压缩剪切

2).脆性材料的力学性质
对于脆性材料(铸铁),拉伸时的应力应 变曲线为微弯的曲线,没有屈服和缩颈现象, 试件突然拉断。断后伸长率约为0.45%。为 典型的脆性材料。
bt
o
σbt—拉伸强度极限(约为140MPa)。它是
衡量脆性材料(铸铁)拉伸的唯一强度指标。
三、材料在压缩时的力学性能
3
3F
2
1
2F
F=10kN
3
2
1
解:3.计算3-3截面的内力
3 3F FN3
2F
F=10kN
3
Fx 0
F 2F 3F FN3 0 FN3 2F 20kN
例2.2 计算图示杆件指定截面上的轴力,并画出杆件的轴力图。
3
3F
2
1
2F
F=10kN
3
2
1
解:4.轴力图
FN/kN
FN1 F 10kN FN 2 F 10kN FN3 2F 20kN
§2.3 材料拉伸和压缩时的力学性能
常温、静载试验
一、试件(试样)
d 10mm, lo 100mm
二、材料在拉伸时的力学性能
1.低碳钢材料
低碳钢的拉伸应力-应变曲线
d
b
e P
c
a
s
d g
o
明显的四个阶段
1、弹性阶段ob
e
b
f
f h
E
2、屈服阶段bc(失去抵 抗变形的能力)
s — 屈服极限
3、强化阶段ce(恢复抵抗 变形的能力)
b — 强度极限
4、局部变形阶段ef
P — 比例极限 e — 弹性极限
E tan
材料力学第02章 拉伸、压缩与剪切

⊕
Ⅰ - ○ 20 kN
⊕
F
x
0
FN1
Ⅰ 80kN Ⅱ
FN2 60 80 0
FN2 20kN
FN2 第三段:
Ⅲ
30kN
60kN
F
x
0
Ⅱ
FN3 30 0
FN3 30kN
FN3
Ⅲ
例2
3kN
画图示杆的轴力图
2kN 2kN 10 kN 4kN 8kN
A
3kN
B
C
D
脆性材料 u ( bc) bt
u
n
n —安全因数 —许用应力
塑性材料的许用应力
脆性材料的许用应力
s
ns
bt
nb
p 0.2 n s bc n b
§2-6
§2-7 失效、安全因数和强度计算
解: A 轴力图
A1 B
○ -
A2 60kN 20 kN C D 20 kN ⊕
AB
BC
CD
FN AB 40 103 20MPa A1 2000 FN BC 40 103 40MPa A2 1000 FN CD 20 103 20MPa A2 1000
3、轴力正负号:拉为正、 F 压为负
0 FN F 0 FN F
F
§2-2
x
4、轴力图:轴力沿杆件轴 线的变化
目录
例1
60kN
画图示杆的轴力图
Ⅰ
80kN
Ⅱ
Ⅲ 50kN
30kN
第一段:
第二章 拉伸压缩、剪切-正式版-第一讲

x1 0,
FN2 F ;
x1 2l , FN2 F
23
FN1=F
由以上结果画出轴力图 F
A
B
FN3=F
F q l
F
C D
l
F
2l
l
F
+ +
F
F
FN 图
24
1. 求分布荷载作用的BC段的轴力时,作截面之前 不允许用合力2lq=2F代替分布荷载。
q F l
F
A l
B
F 2l
C
37
二、 斜截面上的应力
变形假设:两平行的斜截面在杆受拉(压)而变形后仍相互平行。 两平行的斜截面之间的所有纵向线段伸长变形相同。 以 p表示斜截面 k-k上的 应力,于是有
k
因: 得:
A A cos
F p A
F
k
F
k
F F
F
F F p cos s cos A A
43
温度、速率的影响
44
2.试验设备
微机控制电子万能试验机
引伸计
45
二、拉伸试验
1. 低碳钢拉伸时的力学性质
低碳钢是指含碳量在0.3%以下的碳素钢。 (1)拉伸试样 先在试样中间等直部分上 划两条横线,这一试验段长度 称为标距 l d
l
标距
圆截面试样:l = 10d 或 l = 5d 矩形截面试样: 11.3 A 或 l 5.65 A。 l
7
F
§2–2
一、内力
内力计算
m F m 设一等直杆在两端轴向拉力 F 的作用下处于平衡,求杆件横 截面 m-m 上的内力.
8
第二章-拉伸、压缩与剪切PPT课件

5.能熟练运行强度条件进行计算 6.掌握纵向、横向的变形计算 7.初步掌握拉、压超静定问题的解法 8.理解温度应力和装配应力产生的原因;
9.了解应力集中的概念、发生部位及其危害
强度极限最高; (2)刚度看各种材料的图线中,哪个
材料的斜率最大; (3)塑性看拉断后哪个材料的延伸率大。
-
26
跟踪训练
三种材料的应力-应变曲线分别为如图a,b,c所示, 其中材料强度最高的是: a 弹性模量最大的是: b 塑性最好的是: c
-
27
五、铸铁拉伸时的力学性能
对于脆性材料(铸铁),拉伸时的应力应 变曲线为微弯的曲线,没有屈服和径缩现象, 试件突然断裂。断后伸长率约为0.5%。为典 型的脆性材料。
移
-
49
2)变形分析,求各段的变形
lD BN E Dl1 D BA B 2 1 4 11 0 13 2 0 0 1.5 4 0 0.0 5 13 0 m 缩 ( 短 lC DN E Cl2 C D A D 2 1 4 11 0 13 4 0 0 1 .5 4 0 0.02 15 3 0 m 缩 ( 短 lAC N E AlC 2 AA C 2 6 1 1 1 0 1 34 0 0 1 .54 00.03 1 7 3 0 5 m 伸 ( 长
等直杆受力如图所示,其轴力图应是( )
-
12
二、拉伸或压缩横截面上的应力
杆件的强度不仅与轴力有关,还与横截面面 积有关。必须用应力来比较和判断杆件的强度。
P
N
dA
N AdA
-
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1.5m
B
A
1
能承受的许用载荷。
解: 一般步骤:
2m
F
2
C
外力 内力
利用强度 条件校核
强度
应力
1、计算各杆轴力
1.5m B
A 1
2m
F
2
2
C
FN 1
B
FN 2
F
1
FN 1
FN 2
F FN 2 sin FN1 FN 2 cos
解得
FN1
3 4
F(拉)
FN 2
5 4
F(压)
2、F=2 吨时,校核强度
F
F
在杆件表面画上横向线
F
F
F
F
A B L
F
平面假设: 横截面在轴向拉压 时仍然保持为平面 不变。
Y
F
两个横截面之间的纵 向纤维都受到拉力作 用,产生相同的伸长 变形。
F
由平面假设可知,横截面上只存在正应力。
因为材料均匀连续,并且纵向纤维的伸长 相同,所以横截面上的正应力均匀分布。
圣维南原理: 力作用于杆端的方式不同,但只会使与杆端距 离不大于杆的横向尺寸的范围内受到影响。
1杆:
1
FN 1 A1
3 2 103 4
d2
9.8
76.8MPa [ ]1
4
2杆:
2
FN 2 A2
5 2 103 9.8 4
a2
2.5MPa [ ]2
因此结构安全
3、F 未知,求许可载荷[F]
各杆的许可内力为
FN1,max A1 [ ]1
d 2 150 106
4
30.15kN
l
l
FN F
AA
l FN l Fl EA EA
EA:称为杆件的抗拉(或抗压)刚度
虎克定O律另一1形式B: 2 C
4F
3F
3D
2F (OB段、BC段、
CD段长度均为l)
1
2 E3
胡克定律的适用条件:
(1)材料在线弹性范围内工作,即 p ( p
称为比例极限);
(2)在计算杆件的伸长l 时,l长度内其 FN , E, A
O
1B 4F
2C 3F
3D 2F
1
2
3
FR 3F 4F 2F 0 FR 3F ()
2、分段计算轴力
FR O
B2
FN1 FR 3F(拉)
4F
FN 2 FN 2 4F FR 0
FN2 F (压)
2
FN3 2F (拉)
3、作轴力图
O 1 B 2C
4F
3F
1 3F
+
-F
2 2F
-
均应为常数,否则应分段计算或进行积分。例如
虎克定O律另一1形式B: 2 C
4F
3F
3D
2F (OB段、BC段、
CD段长度均为l)
1
2 E3
应分段计算总变形
l n FNili
即
E A i1
ii
l
loB
lBC
lCD
FN 1l EA1
FN 2l EA2
FN 3l EA3
3Fl (Fl) 2Fl 3Fl E(2 A) E(2 A) EA EA
3D 2F
注意:
在集中外力作用
3
的截面上,轴力
图有突变,突变
+
大小等于集中力
大小。
FN -图
FN max 3F (在OB段)
4、分段求 max
O 1B
C
1
FN1 2A
3F 2A
4F
3F
3D 2F
3
FN 3 A
2F A
1
3
max
3
2F A
(在CD段)
5、求 max
max
1 2
m
a
x
F A
(在CD段与杆轴成45° 的斜面上)
二、斜截面上的应力 (Stress on Inclined Section)
F
F
FV
F
F F
Fs
FV
FS
实验证明:斜截面上既有正应力,又有切应力,
且应力为均匀分布。
F
p
F
①全应力:
p
F A
F
A / cos
F cos
A
cos
式中 A 为斜截面的面积, 为横截面上的应力。
F
p
②正应力:
1)pαc=0o0s时,σmaxc=oσs2
考虑自重的混凝土的变形
第五节 轴向拉伸或压缩时的变形
(Deformation of Tensile and Compressive Bar)
一、纵向变形
F F
b1
b
纵向的绝对变形
l l1 l
l
l1
纵向的相对变形(线应变)
l
l
二、胡克定律
当应力不超过材料的比例极限时,应力与应变成正比。
E
E:表示材料弹性性质的一个常数,称为弹性模量。 例如一般钢材: E=200GPa。
p
sin
③切 应c2o力)sα:=si4n50时,τ1max=sσi/n2
2
2
例题1:阶梯杆 OD ,左端固定,受力如图, OC段的横截面面积是CD段横截面面积A的2倍。 求杆内最大轴力,最大正应力,最大切应力与所 在位置。
O 1 B 2C
4F
3F
1
2
3D 2F
3
解: 1、计算左端支座反力
FR
FN 2,max A2 [ ]2 a2 4.5 106 45kN
两杆分别达到许可内力时所对应的载荷
1杆:
Fmax
4 3
FN 1,m a x
4 30.15 40.2kN 3
2杆:
Fm ax
4 5
FN 2,max
4 45 36kN 5
确定结构的许可载荷为
[F] 36kN
分析讨论: 因为结构中各杆并不同时达到危险状态,所以 其许可载荷是由最先达到许可应力的那根杆的 强度决定。
A B CD F FF
A
C
q
q
B
D
引入安全因数的原因
1、作用在构件上的外力常常估计不准确;
2、构件的外形及所受外力较复杂,计算时需进 行简化,因此工作应力均有一定程度的近似性; 3、材料均匀连续、各向同性假设与实际构件的出 入,且小试样还不能真实地反映所用材料的性质 等。 一般机械制造中,在静载荷情况下:
第二章 拉伸、压缩与剪切
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节
概述 轴力和轴力图 轴向拉伸或压缩时的应力 强度条件及其应用 轴向拉伸或压缩时的变形 材料的力学性能 拉伸、压缩超静定问题 应力集中的概念 剪切和挤压的实用计算
第一节 概述 (General Introduction)
一、工程实例
桁架结构
吊车上的钢丝
F
FN
F
于该截面一侧所有轴向 外力的代数和。
4F
FN Fi一侧
第三节 轴向拉伸或压缩时的应力
一、横截面上的应力 (Stress on Cross Section)
矩形截面杆件拉伸变形
F
F
在杆件表面画上纵向线
塑性材料: n 1.2 2.5 脆性材料: n 2 3.5 n 39
例题1:图示结构,钢杆1:圆形截面,直径d=16 mm,许用
应力 [ ]1 150 MPa ;杆2:方形截面,边长 a=100 mm,
[ ]2 4.5MPa ,(1)当作用在B点的载荷 F=2 吨时,校核强
度;(2)求在B点处所