（1）構(gòu)件必須具有足夠的強(qiáng)度。1.衡量構(gòu)件承載能力的標(biāo)準(zhǔn)如：起重機(jī)在工作時(shí)，要求其吊索在吊起重物時(shí)不會(huì)被拉斷；齒輪的齒不允許破損；梁和軸不允許斷裂等。強(qiáng)度是指構(gòu)件在載荷作用下抵抗破壞的能力，即構(gòu)件在載荷作用下不會(huì)產(chǎn)生斷裂。剛度是指構(gòu)件在載荷作用下抵抗變形的能力，即構(gòu)件在載荷作用下不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變形。如機(jī)床主軸變形過(guò)大，就會(huì)影響加工精度；齒輪軸發(fā)生彎曲變形，齒輪就不能正常嚙合軸承磨損就不均勻等。（2)構(gòu)件必須具有足夠的剛度。（3)構(gòu)件必須具有足夠的穩(wěn)定性。當(dāng)桿件所受壓力達(dá)到某一臨界值后，桿件發(fā)生突然彎曲，喪失工作能力，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)。如：千斤頂螺桿因壓力過(guò)大而變彎。穩(wěn)定性是指構(gòu)件在載荷作用下保持其原有平衡狀態(tài)的能力。失穩(wěn)實(shí)例：活塞桿，千斤頂螺桿、起重桿。是不是構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性越高越好？對(duì)于構(gòu)件除了考慮承載能力外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工工藝性。2.材料力學(xué)的任務(wù)：構(gòu)件的安全可靠性與經(jīng)濟(jì)性是矛盾的。構(gòu)件承載能力分析的內(nèi)容就是在保證構(gòu)件既安全可靠又經(jīng)濟(jì)的前提下，為構(gòu)件選擇合適的材料、確定合理的截面形狀和尺寸，提供必要的理論基礎(chǔ)和實(shí)用的計(jì)算方法。簡(jiǎn)易起重機(jī)

內(nèi)燃機(jī)的連桿

受力簡(jiǎn)圖

（一）軸向拉伸或壓縮定義一、桿件在拉壓時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變第一節(jié)應(yīng)力與應(yīng)變拉伸或壓縮桿件的受力特點(diǎn)：作用在桿件上的外力合力作用線與桿的軸線重合

桿件的變形特點(diǎn)桿件產(chǎn)生沿軸線方向的伸長(zhǎng)或縮短

這種變形形式稱為軸向拉伸)或軸向壓縮,簡(jiǎn)稱為拉伸或壓縮。

以軸向拉伸或壓縮變形為主的構(gòu)件稱為桿!FFmmNN′ⅠⅡFⅠmmFmmⅡx軸力：由于外力的作用線與桿件的軸線重合，內(nèi)力的作用線也與桿件的軸線重合。故拉壓時(shí)的內(nèi)力稱為軸力。軸力正負(fù)號(hào)：拉為正、壓為負(fù)軸力單位：牛頓（N）千牛頓（kN）取右段為研究對(duì)象，求得內(nèi)力大小相等，但方向相反。

(二）桿件在拉壓時(shí)橫截面上的內(nèi)力（三）軸向拉（壓）桿橫截面上的應(yīng)力平面假設(shè)：變形后，橫截面仍保持為平面，并且仍垂直于桿軸，只是各橫截面沿桿軸做相對(duì)平移。此假設(shè)稱為平面假設(shè)。軸向拉伸或壓縮時(shí)橫截面上的應(yīng)力是正應(yīng)力！方向規(guī)定：拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。橫截面上的正應(yīng)力σ計(jì)算公式（四）變形和應(yīng)變縱向變形：原長(zhǎng)：變形后長(zhǎng)度絕對(duì)變形單位長(zhǎng)度內(nèi)的變形稱為縱向線應(yīng)變，簡(jiǎn)稱應(yīng)變。相對(duì)變形縱向線應(yīng)變是無(wú)量綱量橫向變形橫向線應(yīng)變：泊松比：泊松比u是一個(gè)常數(shù)，無(wú)量綱，其大小因材料而異可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，它也是反映各種材料拉（壓）彈性的指標(biāo)之一。橫向應(yīng)變和縱向應(yīng)變符號(hào)是相反的。拉伸時(shí)：縱向線應(yīng)變?yōu)檎?，橫向相應(yīng)變?yōu)樨?fù)；壓縮時(shí)：縱向線應(yīng)變?yōu)樨?fù)，橫向相應(yīng)變?yōu)檎?。二、薄壁圓柱殼的應(yīng)力關(guān)系薄壁圓筒：壁厚（d0：為平均直徑）1.薄壁容器的概念2.切向應(yīng)力（縱截面上的應(yīng)力）氣體壓力筒壁拉力環(huán)向薄膜應(yīng)力圓筒形薄壁壓力容器，因內(nèi)壓力的作用，圓筒在圓周方向均勻膨脹，從而引起壁內(nèi)在圓周方向產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力稱為切向應(yīng)力。氣體壓力筒壁拉力3.軸向應(yīng)力(橫截面上的應(yīng)力）軸向薄膜應(yīng)力圓筒形薄壁壓力容器，因內(nèi)壓力的作用，圓筒在軸線方向均勻的伸長(zhǎng)，從而引起壁內(nèi)在軸線方向產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力稱為軸向應(yīng)力。4.薄壁圓筒殼的應(yīng)力關(guān)系1）圓筒形薄壁壓力容器的切向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的2倍。也即縱向截面上的應(yīng)力是橫向截面上應(yīng)力的2倍。所以，圓筒形薄壁壓力容器比較容易沿縱向截面破裂，縱向截面為危險(xiǎn)截面。3）如果要在薄壁行壓力容器上開(kāi)橢圓行孔，為減少應(yīng)力集中，長(zhǎng)軸應(yīng)布置在圓周方向（平行于圓筒的切線方向），短軸在軸線方向。2）在焊接時(shí)，縱向焊縫尤為重要。三、薄壁球殼的應(yīng)力關(guān)系(1)焊縫應(yīng)盡可能對(duì)稱布置,且各向焊縫的強(qiáng)度應(yīng)相等;(2)在薄壁球殼上盡可能不開(kāi)橢圓孔,不裝橢圓法蘭,而應(yīng)設(shè)計(jì)圓孔和圓法蘭。四、薄膜應(yīng)力沿厚度均勻分布(等值分布)的應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力。(一)鍍膜薄膜應(yīng)力鍍膜是在襯底表面鍍上的非常薄的薄膜。薄膜應(yīng)力在作用方向上有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力之分薄膜沿膜面的膨脹趨勢(shì)造成壓應(yīng)力。若薄膜具有沿膜面收縮的趨勢(shì),則基體對(duì)薄膜產(chǎn)生張應(yīng)力。(二)薄殼容器的薄膜應(yīng)力薄壁圓筒殼薄膜應(yīng)力和薄壁球殼薄膜應(yīng)力不同之處則在于:(1)薄壁圓筒殼切向應(yīng)力σt為軸向應(yīng)力σx的2倍;(2)薄壁球殼中的各向應(yīng)力相等,其值等于等徑薄壁圓筒殼軸向應(yīng)力σx。(3)在壓力和內(nèi)徑相同的情況下,薄壁球殼所需的壁厚僅為薄壁圓筒殼的一半。在同樣的壓力、壁厚和內(nèi)徑的情況下,薄壁圓筒殼和薄壁球殼均產(chǎn)生薄膜應(yīng)力。旋轉(zhuǎn)輪輞－安裝和固定輪胎五、旋轉(zhuǎn)輪輞

熱應(yīng)力◆機(jī)理——溫度或材料不均勻→材料熱脹冷縮相互牽制→零件內(nèi)部高溫處產(chǎn)生的壓應(yīng)力，低溫處產(chǎn)生的拉應(yīng)力。

◆大?。号c壁厚成正比，壁厚δ愈大，熱應(yīng)力愈大。高頻應(yīng)力：應(yīng)力變化周期與柴油機(jī)工作循環(huán)周期相同，頻率較高。與轉(zhuǎn)速有關(guān)。。六、熱應(yīng)力

熱應(yīng)力◆實(shí)例分析氣缸蓋、活塞：觸火面為熱壓應(yīng)力，冷卻面為熱拉應(yīng)力。缸套：徑向：為零。切向：觸火面為壓熱應(yīng)力，冷卻面為拉熱應(yīng)力。標(biāo)準(zhǔn)試樣圓截面試件：l＝10d標(biāo)距l(xiāng)

：試樣上試驗(yàn)段長(zhǎng)度拉伸試驗(yàn)七、桿件在拉壓時(shí)的力學(xué)性質(zhì)(一)室溫下金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能1.低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性能：Oabcde(1)試件在拉伸過(guò)程中經(jīng)歷了四個(gè)階段ob段—彈性階段(比例極限σp彈性極限σe)bc段—屈服階段屈服極限

cd段—強(qiáng)化階段

抗拉強(qiáng)度

de段—縮頸斷裂階段

pe%%常用的塑性指標(biāo)有兩個(gè):伸長(zhǎng)率（延伸率）:斷面收縮率

:工程上，按照延伸率的不同將材料分為兩大類：把≥5％的材料稱為塑性材料，如鋼材、銅、鋁等；把<5％的材料稱為脆性材料，如鑄鐵、混凝土、石料等。2.鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性能

a1.沒(méi)有明顯的直線部分；灰口鑄鐵與低碳鋼拉伸試驗(yàn)的不同：2.強(qiáng)度極限很低；3.沒(méi)有屈服階段，斷裂時(shí)沒(méi)有顯著的塑性變形；4.沒(méi)有縮頸現(xiàn)象，呈現(xiàn)脆性斷裂。(二)室溫下金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能1.低碳鋼壓縮時(shí)的曲線1.壓縮時(shí)的比例極限sp、彈性極限se

、屈服極限ss

和彈性模量E都與拉伸時(shí)大致相同。

2.應(yīng)力超過(guò)屈服階段以后，試件越壓越扁，呈鼓形，所以塑性材料不存在強(qiáng)度極限。2.鑄鐵壓縮時(shí)的曲線2.斷面與軸線大致成45o的傾角。

1.鑄鐵的抗壓強(qiáng)度極限比其抗拉強(qiáng)度極限高4～5倍！鑄鐵廣泛用于機(jī)床床身、外殼、底座和閥體等受壓零部件！！塑性材料由于抗拉性能好,塑性變形大,多用于制造產(chǎn)生拉伸、彎曲和承受動(dòng)載荷的構(gòu)件。(三)塑性材料與脆性材料的比較(1)塑性材料在破壞前將產(chǎn)生顯著的變形,而脆性材料變形極小,且破壞是突然發(fā)生的。(2)塑性材料有明顯的屈服階段,脆性材料沒(méi)有屈服極限,抗壓強(qiáng)度明顯高于抗拉強(qiáng)度脆性材料具有良好的抗壓性能,價(jià)格低廉,多用來(lái)制造底座、機(jī)身和閥體等零件（四）胡克定律（應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系）胡克定律可簡(jiǎn)述為：若應(yīng)力未超過(guò)材料的比例極限時(shí)，線應(yīng)變與正應(yīng)力成正比。E:拉伸或壓縮時(shí)材料的彈性模量E的單位為N/㎡（Pa,MPa,GPa)，數(shù)值可用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得。表示構(gòu)件在受到拉、壓時(shí)材料抵抗彈性變形的能力由于所以EA叫做抗拉（壓）剛度E1>E2

彈性模量越大,其抵抗彈性變形的能力越強(qiáng),變形越小在應(yīng)變相同的條件下,彈性模量越大,其承受的應(yīng)力將越大八、復(fù)合桿的應(yīng)力復(fù)合桿是指以不同材料組合而成的桿件,典型的例子為內(nèi)外組合復(fù)合材料活塞。(1)由于鋼管的彈性模量E鋼大于銅管的彈性模量E銅,故鋼管的應(yīng)力σ鋼要大于銅管的應(yīng)力σ銅。所以在復(fù)合桿中,彈性模量大的材料將承受更大的應(yīng)力。(2)傳統(tǒng)桿件壓縮應(yīng)力分布通常為連續(xù)均勻分布,而復(fù)合桿橫截面的壓應(yīng)力分布則為分段均勻分布。變形體的功能原理——彈性范圍內(nèi)，構(gòu)件受靜載外力產(chǎn)生變形的過(guò)程中，能量守恒。即略去動(dòng)能及能量損耗：外力功=變形能外力功是應(yīng)變能的一種度量九、軸向拉壓時(shí)的應(yīng)變能外力:在材料力學(xué)中，將所有其他物體作用在所研究物體上的力和力偶，統(tǒng)稱為外力。外力分為主動(dòng)力（載荷）和反作用力。內(nèi)力:物體因受外力作用而變形，其內(nèi)部各部分之間因相對(duì)位置改變而引起的相互作用力。載荷:作用于構(gòu)件和機(jī)件上的主動(dòng)力。常見(jiàn)的載荷有重力、慣性力、氣壓力、水壓力和液壓力等。1.載荷十、載荷與安全系數(shù)(一)載荷分類1.按照載荷隨時(shí)間變化情況分為：1）靜載荷：不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間變化緩慢的載荷。例如拉伸試驗(yàn)時(shí)施加于試件上的載荷，鍋爐的壓力。動(dòng)載荷又可分為交變載荷和沖擊載荷。2）動(dòng)載荷：如果整個(gè)構(gòu)件或整個(gè)構(gòu)件的某些部分在外力作用下速度有了明顯改變,即發(fā)生了較大的加速度,這時(shí)的應(yīng)力和變形問(wèn)題就是動(dòng)載荷問(wèn)題交變載荷是隨時(shí)間作周期性變化的載荷。例如柴油機(jī)連桿、活塞桿承受的載荷，屬于交變載荷。沖擊載荷是隨時(shí)間作非周期性變化（物體的運(yùn)動(dòng)在瞬時(shí)內(nèi)發(fā)生突然變化）所引起的載荷，如打樁、沖壓屬于沖擊載荷。2.按照載荷分布情況分為：1）集中載荷：作用在結(jié)構(gòu)物上很小面積或近似看作在某一點(diǎn)上的載荷。如：桿件的拉力。2）分布載荷：均勻分布在結(jié)構(gòu)物上的載荷。它又有體載荷（如重力）、面載荷（如屋面板上的載荷）、線載荷（如梁上的載荷）。3.按照載荷設(shè)計(jì)計(jì)算情況分為：1）名義載荷：根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計(jì)算出的作用在構(gòu)件上的載荷。沒(méi)有反映載荷隨時(shí)間作用的均勻性等因素，對(duì)這些因素的綜合影響，常用載荷系數(shù)K來(lái)估算。2）計(jì)算載荷：名義載荷與載荷系數(shù)的乘積?？紤]實(shí)際工作情況對(duì)部件進(jìn)行計(jì)算用的載荷。(二)載荷系數(shù)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),載荷往往會(huì)隨時(shí)間而變化,載荷在零件上的分布也是不均勻的。為了估計(jì)這些因素的影響,通常引入載荷系數(shù)K。材料強(qiáng)度系數(shù)：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中為反映材料強(qiáng)度偏離其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度對(duì)承載力的影響所采用的數(shù)據(jù)。工作條件系數(shù)：極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法采用的工作條件系數(shù)的值在一般情況下為1.0,最小為0.8區(qū)別：（三）應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)對(duì)拉伸和壓縮的桿件，塑性材料以屈服為破壞標(biāo)志，脆性材料以斷裂為破壞標(biāo)志。塑性材料脆性材料應(yīng)選擇不同的強(qiáng)度指標(biāo)作為材料所能承受的極限應(yīng)力

極限應(yīng)力極限應(yīng)力（危險(xiǎn)應(yīng)力）：材料失去正常工作能力時(shí)的應(yīng)力

許用應(yīng)力：桿件允許承受的最大應(yīng)力值。材料的極限應(yīng)力除以一個(gè)大于1的系數(shù)n。n：安