劳动版《工程力学》模块五、六 材料力学基本知识、轴向拉伸和压缩课件

模块五 材料力学基本知识 任务 材料力学的研究对象和任务 1 任务 材料力学的研究对象和任务 2 学习目标 1．掌握变形固体的概念。 2．掌握变形固体变形的方式。 3．掌握杆件变形的基本形式。 4．掌握构件的安全性指标。 5．了解材料力学的任务。 3 任务描述 观察如图所示的小型台钻，说明应对哪些构件提出强度要求，应对哪些构件提出刚度要求，应对哪些构件提出稳定性要求。 4 小型台钻 相关知识 一、材料力学的研究对象——变形固体 材料力学的研究对象是固体材料构件。这些构件一般由金属及其合金、工程塑料、复合材料、陶瓷、混凝土、聚合物等各种固体材料制成，它们在载荷作用下将产生变形，故简称变形固体。 变形固体的形状有很多，经过简化之后，大致可归纳为杆件、板、壳和块四类，如图所示。 5 6 变形固体的形状 二、变形固体变形的方式 工程构件在工作时，会受到来自周围物体的力的作用，并发生相应的形状和尺寸的变化，这种变化即为变形。根据性质和程度的不同，变形可分为弹性变形和塑性变形两种方式，见表。 7 变形固体变形的方式 三、杆件变形的基本形式 在工程力学的研究中，遇到最多的是杆件，例如螺杆、圆轴、直梁等。不同的杆件受到不同形式的外力作用，产生的变形形式是各种各样的。杆件的基本变形形式有四种，见表。工程中比较复杂的杆件变形一般是由这四种基本变形形式构成的组合变形。 8 杆件的基本变形形式 9 杆件的基本变形形式 四、构件的安全性指标 为了保证工程结构的正常工作，在外力作用下的构件应具有足够的承载能力。它主要包括以下三个方面的要求。 1．强度要求 强度是指构件抵抗破坏（断裂或塑性变形）的能力。 强度要求是指构件承受载荷作用后不发生破坏（不发生断裂或塑性变形）时，构件应具有的足够的强度。 10 起重机起吊重物 2．刚度要求 刚度是指构件抵抗弹性变形的能力。 刚度要求是指构件受载荷作用后不发生过大的变形时，构件应具有的足够的刚度。 11 车床主轴 3．稳定性要求 稳定性是指构件受外力作用时，维持其原有直线平衡状态的能力。 稳定性要求是指构件具有足够的稳定性，以保证在规定的使用条件下不致丧失稳定性而发生破坏。 12 螺旋千斤顶和内燃机配气机构 五、材料力学的任务 一般来说，通过加大构件的横截面尺寸或选用优质材料等措施，可以有效提高构件的强度、刚度和稳定性。但过分加大构件的横截面尺寸或盲目选用优质材料，会造成材料的浪费和产品成本的增加。 作为一门学科，材料力学主要研究固体材料的宏观力学性能，以及工程结构元件与机械零件的承载能力。材料力学的任务是研究构件在外力作用下的变形与破坏规律，为设计既经济又安全的构件提供有关强度、刚度和稳定性分析的基本理论和方法。它对人类认识自然和解决工程技术问题起着重要的作用。 13 模块六 轴向拉伸和压缩 任务一 轴向拉伸和压缩变形的外力与内力计算 任务二 轴向拉伸和压缩变形的应力和强度计算 14 任务一 轴向拉伸和压缩变形的 外力与内力计算 15 学习目标 1．掌握轴向拉伸和压缩变形的概念及受力特点。 2．掌握轴向拉伸和压缩变形的外力和内力计算。 3．掌握轴力图的概念及绘制方法。 16 任务描述 如图所示为悬臂式起重机简图，杆 AB 和杆 BC 为受到轴向拉伸和压缩的构件，两杆铰接于 B 点，α=30°，在铰接点 B 处悬吊一重力 G=20 kN 的重物，若不计杆 AB 和杆 BC 自重，试分析并计算杆 AB 和杆 BC 截面上的内力。 17 悬臂式起重机简图 相关知识 一、轴向拉伸和压缩变形的受力特点 如上图所示，杆 AB 和杆 BC 在不计自重的条件下，都是二力杆，其两端受到大小相等、方向相反的两个力作用而产生拉伸或压缩变形。 由此可见，轴向拉伸和压缩变形的受力特点：作用在直杆两端的合外力大小相等，方向相反，力的作用线与杆件的轴线重合，如图所示。 18 19 悬臂起重机中二力杆的受力 二、轴向拉伸和压缩变形的变形特点 工程上把发生拉压变形的杆件简称为拉（压）杆。如图所示，拉（压）杆的变形特点：两端在外力（集中力或合外力）作用下，沿轴线方向产生轴向伸长（或缩短），沿截面方向变细（或变粗）。 常见的发生拉压变形的构件有拉杆、撑杆、顶杆、活塞杆、钢缆等。 20 杆件拉压变形的力学模型 三、轴向拉伸和压缩的绝对变形与相对变形 1．绝对变形 对直杆进行轴向拉伸或压缩时，其主要变形是轴向尺寸的改变，同时其截面方向尺寸也要发生改变。直杆在外力作用下轴向尺寸的改变量 Δl 称为绝对变形，也称为轴向变形。 2．相对变形 单位长度的轴向变形称为相对变形，也称轴向线应变，用ε表示，即： ε=Δl/l 绝对变形 Δl 反映直杆变形的大小，而相对变形ε则反映直杆变形的程度。 21 22 轴向变形 四、轴向拉伸和压缩变形的内力计算 1