2.2 基本变形（课件）-《汽车机械基础》同步精品课堂（机工版·第2版）

同步精品课程——中职专业课 第2章 构件的承载能力分析 2.2 基本变形 《汽车机械基础》（第2版） 机工版 1 知识目标 1.了解拉伸或压缩变形的知识 2.理解剪切变形的知识 3.理解挤压变形的知识 4.掌握扭转变形的知识 5.掌握弯曲变形的知识 教学目标 加工工表明 导入情景 2.2 基本变形 2.2.1 拉伸或压缩变形 一、拉伸或压缩的概念 工程实际中，发生轴向拉伸或压缩变形的杆件很多。例如，汽车发动机的连杆，在工作中将产生压缩变形(图2-5)；机器中的传动链条受拉伸、螺旋千斤顶的螺杆受压缩等。 受拉或受压的杆件在受力时有一个共同特点，即作用在杆两端的两个力大小相等方向相反、作用线与杆的轴线重合;变形特点是杆件沿轴向发生伸长或缩短，如图2-6所示。 01 新知学习 二、拉伸或压缩的内力和应力 1.内力 如图2-7所示的杆件，沿杆的轴线方向作用有两个大小相等、方向相反的力F，杆件处于平衡状态。按照截而法求内力的步骤，由平衡方程得截面m—n上的内力与轴线重合，因此称此内力为轴力，一般用FN表示。轴力FN的正负号规定为:杆件的变形为纵向伸长时，轴力FN为正称为拉力;杆件的变形为纵向压缩时，轴力FN为负，称为压力。 02 新知学习 2. 应力 由于拉伸和压缩时的内力垂直于横截面，所以应力也垂直于横截面。根据应力的定义可知，横截面上的应力为正应力，用σ表示，即 σ= 式中 σ-----横截面上的正应力 FN -----横截面上的轴力; A -----横截面面积。 同轴力FN一样，拉应力σ为正，压应力σ为负。 02 新知学习 3. 胡克定律 17世纪中叶，英国科学家胡克通过实验，发现了力与变形的关系:当杆件内的应力不超过某一限度时，应力与应变成正比，即 σ=E σ 式(2-4)称为胡克定律。式中的常数E称为弹性模量，其值随材料不同而不同。由式(2-4)可以看出，在其他条件不变的情况下，E越大，则材料的变形越小。因此，弹性模量E表示材料抵抗拉、压弹性变形的能力，是材料的刚度指标。长度与受力情况相同的杆，E值越大，杆的变形就越小，说明E表示杆件抵抗拉压变形能力的大小，称为杆的抗拉(压)刚度。应用这个关系可以从已知的应力求变形，也可以用测得的变形来求应力。 02 新知学习 三、拉伸或压缩时材料的力学性能 材料的力学性能是指材料受外力时，在强度和变形方面表现出的性能，是解决强度、刚度和稳定性问题所不可缺少的依据。它是由实验来测定的。 常温、静载条件下，材料常分为以低碳钢为代表的塑性材料和以铸铁为代表的脆性材料。 1. 塑性材料的力学性能 材料的力学性能可通过实验测定。低碳钢在拉伸时的应力-应变图或σ-ε图如图2-8所示，它能够反映材料的力学性能。 02 新知学习 (1)弹性阶段(Ob段) 在此阶段，只产生弹性变形。a点所对应的应力值称为比例极限，记为σp ; b点所对应的应力σe是材料只出现弹性变形的极限值，称为弹性极限。 (2)屈服阶段(bc段) 当应力超过弹性极限后继续加载，应变会很快地增加，而应力先是下降，然后做微小的波动，在σ-ε曲线上出现接近水平线的小锯齿形线段。这种应力基本保持不变，而应变显著增加的现象，称为屈服或流动。这时所对应的应力称为屈服强度，用σs表示。 σs是衡量材料强度的重要指标。 3)强化阶段(ce段) 过了屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增加拉力，这种现象称为材料的强化。强化阶段的最高点e点所对应的应力Rm是材料所能承受的最大应力，称为强度极限或抗拉强度。它表示材料所能承受的最大应力。Rm是衡量材料强度的重要指标。 02 新知学习 (4)缩颈阶段过。过e点后，即应力达到强度极限Rm后，在试样的某一局部范围内，横向尺寸突然急剧缩小，形成缩颈现象，试样的承载能力急剧下降，最后在缩颈处被拉断塑性材料压缩性能只有在屈服强度内与拉伸时相重合，屈服强度后产生明显的塑性变形，随着压力的增加，越压越扁，无法求出其抗压强度。因此，塑性材料宜用作受拉杆件，通常不用作受压件。 2. 脆性材料的力学性能 灰铸铁是典型的脆性材料，拉伸时其应力-应变关系曲线没有明显的直线部分，在较小的拉应力下即被拉断，没有屈服和缩颈现象，拉断前的应变很小。铸铁拉断时的最大应力即为其强度极限。因为没有屈服现象，其强度极限Rm是衡量强度的唯一指标。 灰铸铁的压缩性能也无明显的直线部分，近似符合胡克定律，无屈服强度，强度极限超过拉伸时强度极限的4-5倍，故抗压性能强，适用于受压零件。 02 新知学习 3. 工作应力、极限应力、许用应力、安全系数与强度条件 构件工作时，由载荷引起的应力称为工作应力。任何工程材料能承受的应力都是有一定限度的，使材料丧失正常工作能力的应力称为极限应