单元一 模块二 构件受力变形（课件）-高一《汽车机械基础》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

一、强度、刚度与稳定性的概念 　　工程结构或机械的每一构件均承受一定的外力，在外力的作用下，其尺寸及形状总会有不同程度的改变，这种改变一般称为变形。 　　变形可分为弹性变形和塑性变形。随外力去除而消失的变形称为弹性变形。实验证明，当外力不超过某一限度时出现弹性变形；若外力超过此限度，即使外力去除后构件的形状和尺寸也不能完全恢复原状。外力去除后无法恢复的变形称为塑性变形。 　　构件在外力的作用下，不仅使构件产生变形，而且随着外力的增大，超过某一限度时，构件将被破坏。强度是指构件抵抗破坏的能力；刚度是指构件抵抗变形的能力；而稳定性则是构件保持原有平衡状态的能力。为保证机械或工程构件的正常工作，构件应满足强度、刚度和稳定性的要求。 模块二 构件受力变形 　　课题一 构件受力变形的基本概念 二、内力与应力 　　构件受外力作用发生变形时，构件内部分子间因相对位置的改变而引起的相互作用力称为内力。为了显示和求得构件的内力，我们采用截面法。 　　（1） 截面法 　　（2） 内力的计算 　　（3） 轴力图 　　工程上受拉、压的杆件往往同时受多个外力作用，称为多力杆。这时，杆上不同轴段的轴力将不同，为了清楚地表达轴力随截面位置变化的情况，可以用轴力图来表示。轴力图的画法如下： 　　用平行于杆件轴线的坐标表示杆件截面的位置，用垂直于杆件轴线的另一坐标表示轴力数值的大小，正轴力画在坐标轴正向，反之画在负向。 模块二 构件受力变形 　　课题一 构件受力变形的基本概念 三、构件受力和变形的种类 1． 构件受力的种类 　　工程结构或机械工作时，作用在构件上的力称为载荷。 　　按照载荷作用的特征，可分为集中载荷和分布载荷两类。经由极小的面积（与构件本身相比）传递给构件的力称为集中载荷。在计算时，一般认为集中载荷作用于一点。连续作用于构件某段长度或面积上的外力称为分布载荷。若分布在整个面积上的力处处相等，称为均匀分布载荷；反之，则称为不均匀分布载荷。 　　按照载荷作用的性质可分为静载荷和动载荷两类： 静载荷的大小不随时间变化或很少变化；动载荷的大小随时间迅速改变。 模块二 构件受力变形 　　课题一 构件受力变形的基本概念 三、构件受力和变形的种类 2． 变形的形式 　　在机械构件中，要求和允许的变形一般属于弹性变形。按照变形的特征可分为以下四种基本形式。 　　① 拉伸及压缩，如图（a）所示。 　　② 剪切，如图（b）所示。 　　③ 扭转，如图（c）所示。 　　④ 弯曲，如图（d）所示。 模块二 构件受力变形 　　课题一 构件受力变形的基本概念 一、变形与应变 　　杆件受拉或受压的同时将发生横向和纵向变形。受拉时杆件将沿纵向伸长，横向尺寸减小；受压时沿纵向缩短，横向尺寸增加。 　　线应变表示杆件的相对变形，是一个无量纲的量。 模块二 构件受力变形 　　课题二 直杆轴向拉伸和压缩 二、泊松比 　　杆件受拉时纵向线应变 为正，则横向线应变　　　　为负；受压时ε为负，ε′为正，即无论受拉或受压，纵向线应变与横向线应变符号总是相反，它们两者比值的绝对值用符号μ表示，称为泊松比，即 　 　　试验证明，对于同一种材料，当应力不超过某—限度时，泊松比是个常数，也称为横向系数。 三、胡克定律 　　试验研究表明，受轴向拉伸或压缩的杆件，当其横截面上的正应力不超过某一限度（比例极限）时，其绝对变形量Δl与轴力FN大小、杆件原长l成正比，与杆件横截面面积成反比，即 　　引进比例系数E后，得 　　式中，比例系数E称为材料的弹性模量，常用单位为GPa（1GPa＝103 MPa），其数值随材料的不同而异，可通过试验方法测出。由上式可看出，当其他条件不变时，弹性模量E越大，杆件的绝对变形量Δl越小，所以E值表征了材料抗拉、压变形的能力，是材料的刚度指标。EA反映了杆件抵抗拉（压）变形的能力，所以称EA为杆的抗拉（压）刚度。 　　由于σ＝FN/A、ε＝Δl/l，因此上式可变换得到另一种表达式： σ＝Eε 　　由此，胡克定律可以简述为： 若应力未超过某极限值，则应力与应变成　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　正比。 模块二 构件受力变形 　　课题二 直杆轴向拉伸和压缩 一、材料在拉伸时的力学性能 　　①弹性阶段。在拉伸的初始阶段，σ与ε的关系为直线Oa，表明应力与应变成正比。这即是上节所述的胡克定律σ＝Eε。直线部分Oa的最高点a所对应的应力σp称为比例极限。 　　②屈服阶段。应力超过弹性极限增加到某一数值时，会突然下降，而后基本不变，只做微小的波动，但应变却有明显的增大，表明材料已暂时失去抵抗变形的能力。这在σε图上形成接近水平线的小锯齿形线段。这种应力基本保持不变，而应变明显增大的现象称为屈服。屈服阶段内，波动应力中比较稳定的最低值，称为屈服极限，用σ