力學(xué)性能(機(jī)械性質(zhì))：材料在外力作用下表現(xiàn)出的變形、破壞等方面的特性材料力學(xué)包含的兩個方面理論分析實驗研究測定材料的力學(xué)性能；解決某些不能全靠理論分析的問題5.6材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能試件和實驗條件常溫、靜載國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬拉伸試驗方法》（GB228-2002）拉伸試件：圓截面，中間測量變形部分的長度l0稱為標(biāo)距，其直徑與標(biāo)距之間有兩種l0/d=5或l0/d=10。試件和實驗條件常溫、靜載壓縮試件：高度與直徑比值h/b為1-3萬能試驗機(jī)拉伸試驗與拉伸圖

(F-Dl

曲線

)5.6材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能二、材料在拉伸時的力學(xué)性能1、低碳鋼材料將試驗材料置于萬能試驗機(jī)上，從萬能試驗機(jī)上繪制的圖是F-Δl拉伸關(guān)系圖，將縱坐標(biāo)F除以橫截面面積A，將Δl除以試件的標(biāo)距l(xiāng)0，得到應(yīng)力-應(yīng)變（σ-ε）圖，形狀與拉伸圖相似。5.6材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能明顯的四個階段1、彈性階段ob比例極限彈性極限2、屈服階段bc（失去抵抗變形的能力）屈服極限3、強(qiáng)化階段ce（恢復(fù)抵抗變形的能力）強(qiáng)度極限4、局部變形階段ef5.6材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能結(jié)論：（1）彈性模量E是彈性階段直線OA的斜率。tanα=σ/ε=E（2）材料服從虎克定律的最高應(yīng)力值是比例極限σp（3）材料的兩個強(qiáng)度指標(biāo)：屈服極限。強(qiáng)度極限。5.6材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能兩個塑性指標(biāo):斷后伸長率斷面收縮率為塑性材料為脆性材料低碳鋼的為塑性材料卸載定律及冷作硬化1、彈性范圍內(nèi)卸載、再加載2、過彈性范圍卸載、再加載即材料在卸載過程中應(yīng)力和應(yīng)變是線形關(guān)系，這就是卸載定律。材料的比例極限增高，延伸率降低，稱之為冷作硬化或加工硬化。啊共有的特點(diǎn)：斷裂時具有較大的殘余變形，均屬塑性材料。有些材料沒有明顯的屈服階段。其它工程塑性材料的拉伸時的力學(xué)性能硬鋁50鋼30鉻錳硅鋼

對于沒有明顯屈服階段的材料用名義屈服應(yīng)力表示－。5.6材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能對于沒有明顯屈服階段的塑性材料，用名義屈服極限σ0.2來表示。5.6材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能（二）、鑄鐵拉伸試驗1）無明顯的直線段；2）無屈服階段；3）無頸縮現(xiàn)象；4）延伸率很小。σb——強(qiáng)度極限。E——割線的彈性模量。

s

b—拉伸強(qiáng)度極限（約為140MPa）。它是衡量脆性材料（鑄鐵）拉伸的唯一強(qiáng)度指標(biāo)。②應(yīng)力應(yīng)變不成比例，無屈服、頸縮現(xiàn)象，變形很小且

b很低。5.6材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能拉伸與壓縮在屈服階段以前完全相同。s(MPa)200400e0.10.2O低碳鋼壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線低碳鋼拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線5.6材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能seOsbL灰鑄鐵的拉伸曲線sby灰鑄鐵的壓縮曲線

by>

bL，鑄鐵抗壓性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗拉性能，斷裂面為與軸向大致成45o～55o的滑移面破壞。2.鑄鐵壓縮思考題用這三種材料制成同尺寸拉桿，請回答如下問題：哪種強(qiáng)度最好？哪種剛度最好？哪種塑性最好？請說明理論依據(jù)？三種材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖，123se5.7極限應(yīng)力、許用應(yīng)力和強(qiáng)度條件塑性材料：當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服極限ss時，將會產(chǎn)生較大的塑性變形，工程上不允許。認(rèn)為失效。脆性材料：當(dāng)應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限sb時，材料發(fā)生破壞。此時稱為極限應(yīng)力s°。認(rèn)為失效。失效：由于材料的力學(xué)行為而使構(gòu)件喪失正常功能的現(xiàn)象。脆性材料拉

max=b拉塑性材料

max=s失效判據(jù)脆性材料壓

max=b壓5.7極限應(yīng)力、許用應(yīng)力和強(qiáng)度條件工程上考慮一些因素，將材料的極限應(yīng)力除以一個大于1的安全系數(shù)n，作為材料的許用應(yīng)力：（1）理論與實際差別：考慮極限應(yīng)力(ss，s0.2，sb，sbc)、橫截面尺寸、荷載等的變異，以及計算簡圖與實際結(jié)構(gòu)的差異。（2）足夠的安全儲備：使用壽命內(nèi)可能遇到意外事故或其它不利情況，也計及構(gòu)件的重要性及破壞的后果。安全系數(shù)的取值：安全系數(shù)是由多種因素決定的?？蓮挠嘘P(guān)規(guī)范或設(shè)計手冊中查到。在一般靜載下，對于塑件材料通常取為1.5～2.2；對于脆性材料通常取為3.0～5.0，甚至更大。關(guān)于安全因數(shù)的考慮5.7極限應(yīng)力、許用應(yīng)力和強(qiáng)度條件拉壓桿件的強(qiáng)度條件：當(dāng)拉壓桿件安全正常工作時，桿件橫截面上的最大工作應(yīng)力不得超過材料許用應(yīng)力。Ⅳ.強(qiáng)度計算的三種類型

(3)

許可荷載的確定:

(2)

截面選擇：

(1)

強(qiáng)度校核：例

已知一圓桿受拉力P=25kN，許用應(yīng)力[

]=170MPa

，直徑d=14mm，校核此桿強(qiáng)度。解：①軸力：N=P=25kN②應(yīng)力：③強(qiáng)度校核：④結(jié)論：此桿滿足強(qiáng)度要求，能夠正常工作。P=25kNd=14mm例15

ABC為簡單桁架，受水平荷載F＝160kN作用，如圖所示。已知各桿均為低碳鋼材料，其彈性模量為E＝2*105MPa，比例極限σp

＝200MPa，屈服極限σs

＝240MPa，強(qiáng)度極限σb＝400MPa。拉桿的安全系數(shù)n1=2，壓桿n2=3。試按強(qiáng)度條件確定AB桿和BC桿的橫截面面積。21F=160kNBAC1.5m2m2ma例16懸掛重物的構(gòu)架，鋼桿AB直徑為d1=30mm，材料的σp

＝200MPa，σs

＝240MPa，σb＝400MPa。鑄鐵桿BC直徑為d2=40mm，材料的σb壓＝400MPa，

σb拉＝100MPa。拉桿的安全系數(shù)n=2，壓桿n=4。試構(gòu)架的最大懸吊重[W]=？21BCA30°30°W5.8應(yīng)力集中的概念受軸向拉伸或壓縮的桿件，其橫截面上的應(yīng)力是均勻的。如果桿件的截面尺寸發(fā)生了變形，應(yīng)力就不再均勻分布了。d/2d/2r應(yīng)力集中

與桿件的尺寸和所用的材料無關(guān)，僅取決于截面突變處幾何參數(shù)的比值。5.8應(yīng)力集中的概念位于切口處的應(yīng)力急劇增加，離切口越遠(yuǎn)應(yīng)力越趨于均勻，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。Dd由于桿件橫截面驟然變化而引起的應(yīng)力局部驟然增大。理論應(yīng)力集中系數(shù)：塑性材料mmFFb1Fb1mmsmaxFb1mmssFb1mmss塑性材料5.8應(yīng)力集中的概念脆性材料：當(dāng)應(yīng)力的峰值達(dá)到強(qiáng)度極限的時候，材料就先在切口處破壞了。塑性材料：當(dāng)應(yīng)力的峰值達(dá)到屈服極限的時候，應(yīng)力不增加了，應(yīng)變增加，引起應(yīng)力在切口處的截面重分布，直到所有應(yīng)力全達(dá)到屈服極限均勻的脆性材料或塑性差的材料(如高強(qiáng)度鋼)制成的桿件即使受靜荷載時也要考慮應(yīng)力集中的影響。非均勻的脆性材料，如鑄鐵，本身就因存在氣孔等引起應(yīng)力集中的內(nèi)部因素，可不考慮外部因素引起的應(yīng)力集中。塑性材料制成的桿件受靜荷載時，通?？刹豢紤]應(yīng)力集中的影響。在線彈性范圍內(nèi)，桿件由于彈性變形而積聚在桿內(nèi)的能量稱為彈性應(yīng)變能，簡稱為應(yīng)變能。這個能量將隨著外力的逐漸撤除而逐漸釋放，在釋放應(yīng)變能的過程中，桿件可對其他物體作功。應(yīng)變能5.9應(yīng)變能的概念忽略能量的損耗，根據(jù)能量守恒原理，外力對桿件所作的功W在數(shù)值上等于積蓄在桿件的應(yīng)變能U。

W＝UFDllABFDlDlFeess5.9應(yīng)變能的概念力F對AB桿所作的功：

W＝FΔl／2得U＝FΔl／2＝

NΔl／2

Δl＝Nl／EAU＝N2l／2EA單位：焦耳，用J表示。1J＝1N·m桿件單位體積內(nèi)積蓄的應(yīng)變能，稱為比能，用u表示：u＝U／V＝

NΔl／2Al=σε／25.10拉（壓）桿連接部分的強(qiáng)度計算工程實用計算方法1、假設(shè)2、計算名義應(yīng)力3、確定許用應(yīng)力①按照破壞可能性②反映受力基本特征③簡化計算直接試驗結(jié)果FF單剪雙剪5.10拉（壓）桿連接部分的強(qiáng)度計算分析連接件可能的破壞形式及原因：實際上剪切面或擠壓面上的應(yīng)力分布復(fù)雜，為了方便計算：1.假設(shè)剪切面上的切應(yīng)力是均勻分布的（稱為名義切應(yīng)力）——剪切強(qiáng)度條件對于平鍵，其剪切面積為：2.假設(shè)擠壓面上的壓應(yīng)力是均勻分布的σc

＝

Fc

／AcFcFcAcAcσc

<＝[σc

]擠壓強(qiáng)度條件5.10拉（壓）桿連接部分的強(qiáng)度計算假設(shè)：當(dāng)外力F的作用線通過接頭中n個鉚釘級成的鉚釘群形心時，則每個鉚釘受力相等，都為F／n。σ＝F／A凈<＝[σ]鋼板的強(qiáng)度條件例已知：d

=2mm，b=15mm，d=4mm，[t]=100MPa，

[s]c

=300MPa，[s]=160MPa。試求：[F]解：

1、剪切強(qiáng)度2、擠壓強(qiáng)度3、鋼板拉伸強(qiáng)度例兩塊鋼板用三個直徑相同的鉚釘連接。已知b=100mm，t=10mm，d=20mm，鉚釘[τ]=100MPa，鋼的[σbs]=300MPa，鋼板的[σ]=160MPa。試求許用荷載P。dPPtPPbP11P/3P/3P/3+NP/3P/31.按剪切強(qiáng)度2.按擠壓強(qiáng)度3.按鋼板強(qiáng)度4.選P為94.2kN例18兩厚度t2=20mm的鋼拉板，通過兩塊厚度為t1=12mm的蓋板用鉚釘進(jìn)行連接。蓋板與拉板材料均為Q235，材料的許用應(yīng)力[τ]=100MPa，[σc]=320MPa，[σ]=160MPa。若鋼板承受拉力F＝100kN。（1）試求共需直徑為d=16mm的鉚釘多少只？（2）拉板與蓋板寬度相同，則b=？（3）拉板端部尺寸l’＝？F=100kNFt1=12mmt2=20mmt1=12mmF=100kNF5.10拉（壓）桿連接部分的強(qiáng)度計算F=100kNt1=12mmt2=20mmt1=12mmF/2F/2F/2nF/2nF/n取一半取單一鉚釘F/nV1V1V1=F/2n按剪切強(qiáng)度假設(shè)有n個鉚釘：F/2nF/2nF/n取單一鉚釘擠壓強(qiáng)度校核F/nF取中間一邊厚板進(jìn)行強(qiáng)度分析，首先作出軸力圖F/nF/n1122F2F/3這里有兩個截面都被削弱了，但兩個截面上的內(nèi)力不同個，因此需要分別計算對于1-1截面：對于2-2截面：對于薄板，其截面上沒有作用外力，是通過鉚釘傳遞過來的力F/2nF/2n做出軸力圖，判斷危險截面F/6F/23-3截面上軸力最大，凈面積最小，為危險截面33綜合考慮取58mm5.10拉（壓）桿連接部分的強(qiáng)度計算F=100kN剪切面V2V2F/nl‘剪切面積為切應(yīng)力為例2-13-3如圖螺釘，已知：[

]=0.6[

]，求其d:h的合理比解:hFd當(dāng)s，t分別達(dá)到[t]，[s]時，材料的利用最合理剪切面dhh/2bldOFSnnFsFbsFMennOMe校核鍵的剪切強(qiáng)度：校核鍵的擠壓強(qiáng)度：例2-13-4圖示軸與齒輪的平鍵聯(lián)接。已知軸直徑d=70mm，鍵的尺寸為b×h×l=20×12×100mm，傳遞的力偶矩Me=2kN·m，鍵的許用應(yīng)力[t]=60MPa，[s]bs=100MPa。試校核鍵的強(qiáng)度。強(qiáng)度滿足要求例2-13-5電瓶車掛鉤由插銷聯(lián)接，如圖示。插銷材料為20鋼，[τ]=30MPa，[σbs]＝100MPa，直徑d=20mm