化工設(shè)備第二章第1頁，共45頁。化工設(shè)備第二章第2頁，共45頁。一、材料力學(xué)的基本概念1、構(gòu)件正常工作的條件強(qiáng)度（strength）構(gòu)件抵抗破壞的能力剛度（stiffness)構(gòu)件抵抗變體的能力穩(wěn)定性（stability）構(gòu)件抵抗失穩(wěn)的能力2、材料力學(xué)的研究對象-變形固體第3頁，共45頁。3、材料力學(xué)的基本假定

關(guān)于材料性質(zhì)的假定：連續(xù)、均質(zhì)、各向同性

關(guān)于變形的假定：小變形

4、工程構(gòu)件的基本類型桿、板、殼、體P29第4頁，共45頁。5、構(gòu)件變形的基本形式P29第5頁，共45頁。6、構(gòu)件變形的假設(shè)平截面第6頁，共45頁。討論：材料力學(xué)與理論力學(xué)的區(qū)別

力的平移定理？力系的等效？力平移后，沒有改變物體外效應(yīng)但改變了物體的內(nèi)效應(yīng)。因此，力線平移定理和力系等效只能用于求解約束反力，一能用在求內(nèi)力和變形。第7頁，共45頁。7、內(nèi)力與截面法內(nèi)力：內(nèi)力是由外力引起的，使得構(gòu)件內(nèi)質(zhì)點(diǎn)間的距離發(fā)生變化而產(chǎn)生的力。截面法：截開選取取代平衡計(jì)算步驟：第8頁，共45頁。截開計(jì)算步驟：選取取代平衡截面法：第9頁，共45頁。二、拉伸和壓縮

拉伸與壓縮的外力拉伸與壓縮的內(nèi)力拉伸與壓縮的應(yīng)力拉伸與壓縮的強(qiáng)度條件拉伸與壓縮的變形第10頁，共45頁。1、拉伸與壓縮的外力

作用線與軸線重合第11頁，共45頁。2、拉伸與壓縮的內(nèi)力-軸力(N)mn截開選取取代平衡步驟：根據(jù)靜力平衡方程求解內(nèi)力：P27第12頁，共45頁。內(nèi)力圖－軸力圖P27第13頁，共45頁。3、直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)橫截面上的應(yīng)力（1）、應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力的概念正應(yīng)力剪應(yīng)力單位:

MPa(N/mm2)Pa

(N/m2)

1MPa=106Pa關(guān)于應(yīng)力方向的規(guī)定:拉應(yīng)力為正,壓應(yīng)力為負(fù)繞物體順時(shí)間轉(zhuǎn)動為正,反之為負(fù)第14頁，共45頁。3、直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)橫截面上的應(yīng)力桿上所有縱向線伸長相等,橫線仍為直線并保持垂直。原來的矩形格被拉長，但直角保持不變結(jié)論：橫截面上僅受拉應(yīng)力，且每點(diǎn)上的正應(yīng)力值相等（1）、橫截面上的應(yīng)力計(jì)算P31第15頁，共45頁。公式適用范圍應(yīng)力集中第16頁，共45頁。3、直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)橫截面上的應(yīng)力（1）、任意截面上的應(yīng)力計(jì)算FFFF？P32第17頁，共45頁。3、直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)橫截面上的應(yīng)力（1）、任意截面上的應(yīng)力計(jì)算斜截面面積：斜截面上應(yīng)力：斜截面上正應(yīng)力：斜截面上剪應(yīng)力：，結(jié)論P(yáng)33第18頁，共45頁。3、直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)橫截面上的應(yīng)力（1）、任意截面上的應(yīng)力計(jì)算FFFF？橫截面為破壞面第19頁，共45頁。理論依據(jù)：（1）強(qiáng)度條件的建立4、直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)的強(qiáng)度條件保證構(gòu)件安全工作必須：NP34-材料在拉伸或壓縮時(shí)的許用應(yīng)力.-材料在拉伸或壓縮時(shí)的破壞應(yīng)力.構(gòu)件不被破壞的條件:第20頁，共45頁。（２）強(qiáng)度條件應(yīng)用強(qiáng)度校核確定截面尺寸確定結(jié)構(gòu)允許載荷第21頁，共45頁。例：變截面桿由兩種材料制成，AE段為銅質(zhì)，EC段為鋼質(zhì)。銅的許用應(yīng)力[σ]=100MPa,鋼的許用應(yīng)力[σ]=160MPa，AB段的橫截面面積是BC段的兩倍，AAB=10×102mm2.外力作用線沿桿軸線方向，P=60kN。試對桿進(jìn)行強(qiáng)度校核。解題步驟1.作內(nèi)力圖2.找出危險(xiǎn)截面3.強(qiáng)度校核第22頁，共45頁。判斷結(jié)構(gòu)的允許載荷？第23頁，共45頁。5、直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)的變形虎克定律絕對變形:應(yīng)變:(2)虎克定律:E:彈性模量(MPa)

EA:抗拉(抗壓)剛度(1)縱向變形第24頁，共45頁。5、直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)的變形虎克定律(3).橫向應(yīng)變:橫向變形系數(shù)第25頁，共45頁。三、材料的機(jī)械性質(zhì)1、材料的強(qiáng)度及其測定FΔl普通碳鋼的拉伸曲線普通碳鋼的拉伸時(shí)的σ-ε曲線σε第26頁，共45頁。低碳鋼拉伸時(shí)的σ—ε曲線σ（1）低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)比例極限—彈性模量—E屈服極限—強(qiáng)度極限—①彈性階段(oa)②曲服階段(水平部分)③強(qiáng)化階段(ce)④頸縮斷裂階段(ek)

伸長率—截面收縮率—P.41反映材料抵抗彈性變形的能力反映材料抵抗塑性變形的能力反映材料斷裂前最大能夠經(jīng)受的塑性變形第27頁，共45頁。材料的卸載及再加載規(guī)律若在強(qiáng)化階段卸載，則卸載過程s-e

關(guān)系為直線。立即再加載時(shí)，s-e關(guān)系起初基本上沿卸載直線(cb)上升直至當(dāng)初卸載的荷載，然后沿卸載前的曲線斷裂—冷作硬化現(xiàn)象。ee_—彈性應(yīng)變ep

—?dú)堄鄳?yīng)變（塑性）第28頁，共45頁。冷作硬化對材料力學(xué)性能的影響

p

b不變ep第29頁，共45頁。屈服極限σs

強(qiáng)度極限σb

反映材料強(qiáng)度高低的指標(biāo)延伸率δ斷面收縮率ψ反映材料塑性好壞的指標(biāo)彈性模量E反映材料抵抗彈性變形的指標(biāo)通過拉伸實(shí)驗(yàn)我們得到了下面的力學(xué)性能指標(biāo)第30頁，共45頁。其它塑性材料的σ—ε曲線P.43材料的名義屈服極限,以σ0.2表示.屈服極限:明顯不明顯第31頁，共45頁。脆性材料的σ—ε曲線P.43δ<5%的材料屬脆性材料σbE=tanαα無明顯的塑性變形的頸縮現(xiàn)象第32頁，共45頁。（2）壓縮試驗(yàn)塑性材料的壓縮σ—ε曲線拉伸曲線壓縮曲線P.43第33頁，共45頁。脆性材料壓縮時(shí)的σ—ε曲線結(jié)論：脆性材料的抗壓性能優(yōu)于抗拉性能第34頁，共45頁。3、溫度對材料力學(xué)性能的影響(1).溫度對材料短期靜載何力學(xué)性能的影響P.45第35頁，共45頁。(1).溫度對材料短期靜載何力學(xué)性能的影響臨界溫度中碳鋼拉伸的σ—ε曲線注意：低溫壓力容器地選材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等方面均的特殊要求P.45第36頁，共45頁。(2).高溫長期靜載荷下,時(shí)間因素的影響—材料的蠕變?nèi)渥儭幱谝欢囟燃岸ㄖ奠o應(yīng)力作用下，材料的變形將隨時(shí)間的連續(xù)，不斷地慢慢增長的現(xiàn)象。低碳鋼在538℃時(shí)，蠕變量與時(shí)間的關(guān)系重要指標(biāo):蠕變極限(σn)-在某一溫度下,為使試件在某些方10萬小時(shí)內(nèi)的塑性應(yīng)變值不超過1%,允許試件承受的最高應(yīng)力值.P.45在一定的工況下,減小蠕變速度的惟一方法是減小構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力水平.持久強(qiáng)度(σD)-在某一高溫下,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不斷裂所允許試件承受的最高應(yīng)力.第37頁，共45頁。(3)應(yīng)力松弛：桿也是自己長了一段！經(jīng)過較長時(shí)間后卸載加靜載在一定的高溫下，構(gòu)件上的總變形不變時(shí)，彈性變形會隨時(shí)間而轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃危ㄔ驗(yàn)槿渥儯?，從而使?gòu)件內(nèi)的應(yīng)力變小。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。第38頁，共45頁。溫度不變e2e1e3初應(yīng)力越大，松弛的初速率越大初始彈性應(yīng)變不變T1T3T2溫度越高，松弛的初速率越大第39頁，共45頁。4.交變應(yīng)力下的強(qiáng)度問題-疲勞破壞靜載荷對稱載荷非對稱載荷影響疲勞破壞的主要因素:應(yīng)力的最大值(σmax),循環(huán)次數(shù)(N)和循環(huán)特征(γ)疲勞實(shí)驗(yàn)曲線對某種循環(huán)特征的交變應(yīng)力作用下能經(jīng)受無限次循環(huán)的最大應(yīng)力稱為疲勞極限(σr)第40頁，共45頁。安全系數(shù)及許用應(yīng)力塑性材料脆性材料考慮安全系數(shù)的意義或在強(qiáng)度計(jì)算式中,主觀與客觀的差異.構(gòu)件必要的強(qiáng)度儲備.第41頁，共45頁。5、金屬的沖擊韌性及其測定沖擊韌性——AK實(shí)驗(yàn)?zāi)康?衡量材料抵抗沖擊能力.第42頁，共45頁。6、硬度試驗(yàn)指標(biāo)布氏硬度——HBS洛氏硬度——HRCHRBHRA目的：測量材料質(zhì)地軟硬的程度。第43頁，共45頁。屈服極限σs

強(qiáng)度極限σb

蠕變極限σn

持久強(qiáng)度σD反映材料強(qiáng)度高低的指標(biāo)延伸率δ斷面收縮率ψ彈性模量E反映材