材料力学课件2.（第2章-材料力学性质）.pdf

哈尔滨工业大学本科生课第2章内力及内力图§2.1轴向拉伸与压缩§2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为 关于内力1.内力的概念材料力学内力由外力引起的“附加内力”受力构件内相邻两部分间的相互作用力2.内力的特点外力增大，内力增大；外力内力外力去掉，内力消失变形反映了材料对外力和变形有抗力，传递外力3.内力的求法（截面法）用假设平面将构件截开从而揭示构件内力并确定内力的方法。 哈尔滨工业大学本科生课§2.1轴向拉伸与压缩3 §2.1轴向拉伸与压缩2.1.1工程实例F房屋的立柱F §2.1轴向拉伸与压缩2.1.1工程实例2.1.1工程实例活塞杆 §2.1轴向拉伸与压缩2.1.1工程实例螺栓 §2.1轴向拉伸与压缩2.1.1工程实例桁架结构 §2.1轴向拉伸与压缩2.1.1工程实例 §2.1轴向拉伸与压缩2.1.2基本特性受力特点：一对大小相等、方向相反的外力，作用线与直杆轴线重合。变形特点：沿轴线方向将发生伸长或缩短变形,对应横截面尺寸减小或增大。桁架中的杆件F1BAF1CFF2F2 §2.1轴向拉伸与压缩10 §2.1轴向拉伸与压缩2.1.3轴力和轴力图沿m-m截开mFF左端：∑X=0,FN–F=0FN=Fm右端：∑X=0,-FN+F=0FN=FFFN﹜xFN和称FN为轴力（轴向拉压杆的截面内力）{FFN轴力的符号规定：拉正压负 §2.1轴向拉伸与压缩12 §2.1轴向拉伸与压缩例1：F=3kN,F=2kN,F=1kN。123(1)求1-1和2-2截面的轴力(2)画轴力图解：1.求轴力F11F22F31－1：∑X=0,F+F=0N1112FFFN1＝-F1＝–3kN1N12－2：x左：∑X=0F+F–F=0N212F1F2FN2FN2=F2-F1=–1kNx右：∑X=0,––FN2F3=0FFN23xFN2=–1kNFN2.画轴力图基线x横坐标轴（x轴）代表截面的位置1kN纵坐标轴(FN轴）代表截面的轴力值3kN §2.1轴向拉伸与压缩例2等直杆BC,质量为m,画杆的轴力图，求最大轴力解：1.轴力计算mgmgFxxNl2.轴力图与最大轴力轴力图为直线FN00FlmgNFmgN,max 哈尔滨工业大学本科生课§2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为15 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1基本概念尺寸影响构件承载能力受力情况（强度、刚度、稳定性）的因素材料的力学性能/性质/行为材料的力学性能：<==通过力学试验的方法来认识材料在外力作用下所表现出的变形和破坏等方面的特性(1)材料不同，其力学性能也不同。(2)同一种材料，随着加载方式、加载速率、温度等的不同，其力学性能也不相同。最基本的试验：常温、静载下的拉伸和压缩试验 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为拉伸标准试样ld10或ld5lAlA113..或565d压缩试件——很短的圆柱型：hh=(1.5——3.0)d §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为液压式活塞万能试验机油管活动试台底座 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为19 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为电子万能材料试验机 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为拉伸试验的拉伸图(F-l曲线) §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为应力-应变曲线拉伸图曲线去除尺寸因素 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验低碳钢拉伸曲线分成四个阶段,有5个特征点 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验•第一阶段——弹性变形阶段（曲线ob段）b点对应的应力称材料的弹性极限，用e表示表示 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验•第一阶段——弹性变形阶段（曲线ob段）oa为直线段应力应变成线性正比关系E胡克定律比例常数E—材料拉伸或压缩时的弹性模量(杨氏模量)反映了材料抵抗拉压弹性变形的能力 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验•第一阶段——弹性变形阶段（曲线ob段）a点对应的应力称材料的比例极限,用p表示 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验•第一阶段——弹性变形阶段（曲线ob段）ab为微弯曲线——应力-应变关系非线性对于低碳钢，a、b两点十分接近，在工程上对二者并不严格区分 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验•第二阶段——屈服(流动)阶段（曲线bc段）从b点开始,变形进入弹塑性阶段:包含一部分弹性变形,一部分塑性变形(bc段的变形基本为塑性变形)外力在小范围内波动，但变形显著增加。材料暂时失去了抵抗变形的能力，称为屈服(流动)现象 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验•第二阶段——屈服(流动)阶段（曲线bc段）试件表面出现滑移线（与试件轴线成45度角）曲线最低点所对应的应力——材料的屈服极限s §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验•第三阶段——强化阶段（曲线ce段）强化：过了屈服阶段，材料又恢复了抵抗变形的能力曲线最高点——强度极限，用b表示。 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验•第四阶段——颈缩破坏阶段（曲线ef段）颈缩现象：过了强化阶段，试件某一局部直径突然变小颈缩处试件横截面面积急剧减小，试件所承受的载荷也迅速降低，最后在颈缩处试件被拉断。 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验比例极限—p弹性极限—e其中和是反应材料力学性sb屈服极限—s能的重要指标强度极限—b §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验卸载规律卸载====》沿与弹性阶段直线大体平行的线 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验ll10延伸率100%l0其中l试件包括塑性变形的长度l试件试验前的长度10l0l1 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验d0断面收缩率AAd101100%A0A0试件试验前的横截面面积,A1颈缩处的最小横截面面积延伸率和断面收缩率可以衡量材料塑性性质的好坏低碳钢的=20%~30%,=60%~70%塑性材料：钢材、铜、铝脆性材料5%：铸铁、混凝土、砖石35 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验卸载====》沿与弹性阶段直线大体平行的dd线回到d点。在短期内，从d点开始继续加载===>沿dd线回至d点 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验通过卸载的方式而改变材料性质的做法——冷作硬化再次加载过程中，直到d点以前，试件变形是弹性的，过d点后才开始出现塑性变形。 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验材料的比例极限得到提高（），pp冷作硬化：而塑性变形和伸长率有所降低。 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.2其他几种材料拉伸时的力学性质低碳钢Q235，Q435(16Mn)1.其它塑性材料(1)黄铜H62,合金钢20Cr没有明显的屈服阶段(2)高碳钢T10A没有屈服阶段和颈缩阶段 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.2其他几种材料拉伸时的力学性质没有明显屈服阶段的塑性材料把产生0.2%塑性应变时所对应的应力称为材料的屈服极限，用表02示。. §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.1低碳钢的拉伸试验材料的比例极限得到提高（），pp冷作硬化：而塑性变形和伸长率有所降低。 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.2其他几种材料拉伸时的力学性质2.典型的脆性材料（铸铁、混凝土）铸铁拉伸时特点：1.没有屈服阶段，也没有颈缩现象；2.没有明显的直线段；3.按弦线的斜率近似地确定弹性模量E §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.2其他几种材料拉伸时的力学性质2.典型的脆性材料（铸铁、混凝土）只能测得断裂时的强度极限，b而且拉伸时强度极限值较低。一般不宜选做承受拉力的构件。抗拉强度差，这是脆性材料共同的特点。 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.2典型材料压缩时的力学性质1.低碳钢屈服阶段以前:与拉伸曲线基本重合低碳钢压缩时，弹性模量E、屈服极限s与拉伸时大致相同。 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.2典型材料压缩时的力学性质1.低碳钢屈服阶段以后：1.试件的长度愈来愈短；2.直径不断增大；3.变成鼓形；4.最后压成薄饼，不断裂低碳钢压缩时测不出强度极限b §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.2典型材料压缩时的力学性质2.铸铁与拉伸时相比，铸铁压缩时强度极限很高例如：HT150压缩时的强度极限约为拉抻时强度极限的四倍。抗压强度远大于抗拉强度，这是铸铁力学性能的重要特点，也是脆性材料的共同特点。 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为2.2.2典型材料压缩时的力学性质2.铸铁断裂面与轴线大致成45的倾角 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为48 §2.2材料在拉伸、压缩时的力学行为作业作业第2章习题2.2(b)注：新版教材41页/老版教材39页