《機(jī)械基礎(chǔ)》概念梳理與?？碱}選講第3講、材料力學(xué)一、考綱要求1.了解內(nèi)力的概念，掌握用截面法求內(nèi)力的方法。2.掌握軸向拉壓桿的受力、變形特點(diǎn)及胡克定律。3.掌握低碳鋼、鑄鐵拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能。4.掌握直桿軸向拉伸和壓縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算。5.掌握零件剪切時(shí)的受力、變形特點(diǎn)及強(qiáng)度計(jì)算。6.掌握?qǐng)A軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的受力、變形特點(diǎn)，了解圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的內(nèi)力計(jì)算。7.熟悉圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力分布規(guī)律。8.掌握直梁彎曲時(shí)的受力、變形特點(diǎn)和內(nèi)力計(jì)算，掌握純彎曲時(shí)的應(yīng)力分布規(guī)律。9.了解提高零件抗拉能力、抗扭能力、抗彎曲能力的措施。二、知識(shí)梳理一、內(nèi)力1.內(nèi)力的概念

桿件在外力作用下產(chǎn)生變形，其內(nèi)部相互間的作用力稱為內(nèi)力。2.用截面法求內(nèi)力(1)求內(nèi)力的步驟1)截：沿需求內(nèi)力的截面處，假想把構(gòu)件截開；2)?。喝∑渲幸徊糠譃檠芯繉?duì)象；3)代：另一部分對(duì)研究對(duì)象的作用，以截面上的未知內(nèi)力來代替；4)平：列出研究對(duì)象的平衡方程，確定未知內(nèi)力的大小和方向。

二、拉伸與壓縮1.軸向拉壓桿的受力、變形的特點(diǎn)1)受力特點(diǎn)：作用于直桿上外力的作用線與直桿軸線重合。2)變形特點(diǎn)：直桿沿軸線方向伸長(zhǎng)或縮短。二、拉伸與壓縮2.軸向拉壓胡克定律

3.低碳鋼、鑄鐵拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì)

低碳鋼拉伸曲線如圖1-3-1所示，鑄鐵拉伸曲線如圖1-3-2所示。圖13(1)低碳鋼拉伸變形過程的四個(gè)階段[1]

(2)鑄鐵拉伸變形的力學(xué)性質(zhì)鑄鐵拉伸過程中應(yīng)力和應(yīng)變都很小，沒有屈服現(xiàn)象和縮頸現(xiàn)象。(3)低碳鋼和鑄鐵的力學(xué)性質(zhì)的主要區(qū)別1)低碳鋼斷裂前有顯著的塑性變形，還有明顯的屈服現(xiàn)象，而鑄鐵在變形很小時(shí)就突然斷裂，無屈服現(xiàn)象。2)低碳鋼拉伸和壓縮時(shí)的比例極限、屈服極限和彈性模量都相同，因?yàn)樗苄圆牧弦话悴辉试S達(dá)到屈服極限，所以它抵抗拉伸和壓縮的能力相同。鑄鐵抵抗拉伸的能力遠(yuǎn)低于抵抗壓縮的能力。因此，鑄鐵等脆性材料常用來制造承受壓縮的構(gòu)件。4.拉壓強(qiáng)度校核(1)危險(xiǎn)應(yīng)力、工作應(yīng)力、許用應(yīng)力和安全系數(shù)1)危險(xiǎn)應(yīng)力：工程上把材料喪失正常工作能力時(shí)的應(yīng)力稱為極限應(yīng)力或者危險(xiǎn)應(yīng)力，對(duì)于脆性材料為抗拉強(qiáng)度，對(duì)于塑性材料應(yīng)為屈服強(qiáng)度。2)工作應(yīng)力：構(gòu)件工作時(shí)，由載荷引起的應(yīng)力稱為工作應(yīng)力。

1.零件剪切時(shí)的受力、變形特點(diǎn)1)受力特點(diǎn)：作用于構(gòu)件兩側(cè)面上外力的合力大小相等、方向相反，且作用線相距很近。2)變形特點(diǎn)：構(gòu)件沿兩力作用的截面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。三、剪切與擠壓2.剪力與擠壓力(1)剪力

零件在外力作用下發(fā)生剪切變形，在零件內(nèi)部產(chǎn)生抵抗變形的力，用F。表示。

3.切應(yīng)力與擠壓應(yīng)力

4.剪切與擠壓強(qiáng)度校核

機(jī)械中受剪切作用的零件，除受剪切作用外，在傳力的接觸面上還受到擠壓的作用，因此在剪切零件的強(qiáng)度校核計(jì)算中，通常對(duì)剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度都進(jìn)行校核。

1.圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的受力、變形特點(diǎn)1)受力特點(diǎn)：在垂直于軸線的兩個(gè)端平面內(nèi)受到大小相等、方向相反的一對(duì)力偶的作用。2)變形特點(diǎn)：桿件上各個(gè)橫截面均繞桿件的軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。2.圓軸扭轉(zhuǎn)內(nèi)力

2)扭矩符號(hào)規(guī)定：按右手螺旋法則，四指方向與截面力偶方向一致，則拇指指向?yàn)榕ぞ氐姆较颉Ｄ粗钢赶蚺c截面外法線方向一致為正，相反為負(fù)。四、圓軸扭轉(zhuǎn)3.扭矩圖

為顯示扭轉(zhuǎn)軸上各截面扭矩變化規(guī)律，常用橫坐標(biāo)表示軸各截面位置，縱坐標(biāo)表示相應(yīng)橫截面上的扭矩。扭矩為正值，圖線畫在橫坐標(biāo)上方；扭矩為負(fù)值，圖線畫在橫坐標(biāo)下方，這種圖線構(gòu)成扭矩圖。4.圓軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布規(guī)律

1.直梁彎曲的受力和變形特點(diǎn)1)受力特點(diǎn)：桿件所受的力垂直于桿件軸線。2)變形特點(diǎn)：梁的軸線由直線變成曲線。2.梁的內(nèi)力

2)彎矩符號(hào)規(guī)定：使梁彎段上凹為正，反之為負(fù)。3)剪力符號(hào)規(guī)定：左上、右下為正，反之為負(fù)。3.彎矩圖

為顯示梁各截面彎矩的大小和正負(fù)，可將梁上各截面的彎矩用圖表示出來，稱為彎矩圖。五、直梁彎曲4.純彎曲梁的應(yīng)力分布規(guī)律1)純彎曲：梁上各截面內(nèi)剪力為零、彎矩為常數(shù)的彎曲變形。

三、高考?？碱}選講(一)、判斷題1.鐵碳合金試件在做拉伸試驗(yàn)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象。(

)×【解析】鑄鐵是鐵碳合金，是脆性材料，沒有縮頸現(xiàn)象。2.剪切面通常與外力方向平行，擠壓面通常與外力方向垂直。(

)√【解析】注意區(qū)分剪力和擠壓力的作用面及受力方向。3.切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力常采用實(shí)用的計(jì)算方法。(

)√【解析】在剪切面上應(yīng)力分布比較復(fù)雜，在工程計(jì)算中常采用實(shí)用的計(jì)算方法。4.扭矩是圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的一種內(nèi)力。(

)√【解析】圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的內(nèi)力是一個(gè)力偶矩，稱為扭矩。本題考察扭矩的含義。5.材料的力學(xué)性能只與其微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，與溫度、濕度等外部環(huán)境因素?zé)o關(guān)。

(

)×解析：材料的力學(xué)性能不僅與其微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，還受到溫度、濕度等外部環(huán)境因素的影響。6.彈性極限是指材料在受到外力作用后能恢復(fù)到原始狀態(tài)所需的應(yīng)力極限。

(

)√解析：在彈性范圍內(nèi)，材料在卸載后能恢復(fù)到原始狀態(tài)所需的應(yīng)力極限稱為彈性極限。7.材料的疲勞強(qiáng)度是指材料在循環(huán)應(yīng)力作用下不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力值。

(

)√解析：疲勞強(qiáng)度是指材料在循環(huán)應(yīng)力作用下不發(fā)生疲勞斷裂的最大應(yīng)力值。8.材料的泊松比越大，表示其橫向變形系數(shù)越大。

(

)×解析：泊松比越大，表示其橫向變形系數(shù)越小。9.材料中某一截面上的切應(yīng)力與該截面的面積之比稱為剪切強(qiáng)度。

(

)×解析：剪切強(qiáng)度是指材料在剪切應(yīng)力作用下不發(fā)生剪切破壞的最大應(yīng)力值，與截面面積無關(guān)。10.彈性模量是衡量材料剛度的物理量，其值越大，表示材料的剛度越大。

(

)√(二)、填空題1.用截面法求桿件內(nèi)力，其步驟為____、____、____、____。截取代平【解析】根據(jù)求桿件內(nèi)力的步驟解答。2.胡克定律：在一定范圍內(nèi)，一點(diǎn)處的______同該點(diǎn)處的應(yīng)變成正比。應(yīng)力【解析】根據(jù)胡克定律定義解答。3.工程中把__________和__________的比值稱為許用應(yīng)力。極限應(yīng)力安全系數(shù)【解析】考察安全系數(shù)定義。4.材料的應(yīng)變是指材料______或________的變化量與原始尺寸的比值。長(zhǎng)度截面積5.梁的彎曲變形可以用______和______兩個(gè)基本變形來描述。彎曲扭轉(zhuǎn)6.強(qiáng)度是指構(gòu)件抵抗______的能力；剛度是指構(gòu)件抵抗______的能力；穩(wěn)定性是指構(gòu)件維持其原有的平衡狀態(tài)的能力。破壞變形7.在材料力學(xué)中，對(duì)變形固體的基本假設(shè)是____________、____________、______________。連續(xù)性假設(shè)均勻性假設(shè)

各向同性假設(shè)8.在材料力學(xué)中，________是計(jì)算內(nèi)力的基本方法。截面法9.構(gòu)件每單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)或縮短，稱為________。線應(yīng)變10.在常溫下把材料冷拉到強(qiáng)化階段，然后卸載，當(dāng)再次加載時(shí)，材料的比例極限______，而塑性______，這種現(xiàn)象稱為__________。提高降低冷作硬化(三)、單項(xiàng)選擇題一、選擇題1.下列說法中正確的是(

)。AA.內(nèi)力隨外力的增大而增大

B.內(nèi)力與外力無關(guān)C.內(nèi)力隨外力的增大而減小

D.內(nèi)力沿桿軸是不變化的【解析】桿件的內(nèi)力是在外力作用下產(chǎn)生的，并隨外力的增加而增大。2.材料在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)變和應(yīng)力成(

)。AA.正比

B.反比

C.指數(shù)關(guān)系

D.對(duì)數(shù)關(guān)系【解析】材料在比例極限前符合胡克定律，一般材料的比例極限和彈性極限很接近，所以彈性變形范圍內(nèi)近似看作符合胡克定律，應(yīng)變和應(yīng)力成正比。3.塑性材料光滑試件拉伸實(shí)驗(yàn)中，試件拉斷前能承受的最大應(yīng)力稱為材料的(

)。CA.許用應(yīng)力

B.屈服極限

C.強(qiáng)度極限

D.安全極限【解析】不論塑性材料還是脆性材料，試件拉斷前能承受的最大應(yīng)力都是強(qiáng)度極限。本題考察強(qiáng)度極限的定義。4.下列實(shí)例中，屬于剪切變形的是(

)。DA.鉆頭鉆孔

B.火車車軸

C.起重吊鉤

D.零件沖孔【解析】鉆頭鉆孔鉆頭受扭，火車車軸受彎，起重吊鉤受拉，零件沖孔零件受剪切。5.兩塊鋼板采用一鉚釘連接，若擠壓力不變，將鉚釘直徑減小一半，其擠壓應(yīng)力是原來的(

)。C

6.圓軸扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，忽略自重，其橫截面上(

)。BA.只有正應(yīng)力

B.只有切應(yīng)力C.既有切應(yīng)力又有正應(yīng)力

D.無應(yīng)力【解析】圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)其橫截面形狀、大小都未改變，只有相對(duì)于軸線的扭轉(zhuǎn)變形，因此在橫截面無正應(yīng)力，而只有垂直于半徑的切應(yīng)力。7.實(shí)心圓軸扭轉(zhuǎn)，其他條件不變，若要最大切應(yīng)力變?yōu)樵瓉淼?倍，則軸的直徑應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?

)。A

圖1-3-58.如圖1-3-5所示的圓軸，截面C處扭矩的突變值為(

)。B

9.關(guān)于中性軸，下列說法錯(cuò)誤的是(

)。CA.中性軸是梁彎曲變形時(shí)橫截面繞之轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線B.中性軸是橫截面上拉、壓應(yīng)力區(qū)的分界線C.中性軸是橫截面上最大正應(yīng)力所在點(diǎn)的連線D.中性軸是橫截面上正應(yīng)力為零的點(diǎn)的連線【解析】中性軸的正應(yīng)力為零，故C答案錯(cuò)誤。10.梁平面彎曲時(shí)，橫截面上各