专题二 直杆轴向拉伸与压缩（教案）-四川省职教高考《机械基础》（高教版）专题复习讲练测

专题二 直杆轴向拉伸与压缩（教案）-《国际贸易基础知识》高教版-专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 理解直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析。 2. 掌握拉伸与压缩时材料的力学性能。 3. 能够进行直杆轴向拉伸与压缩时的强度计算。 4. 熟悉不同材料在拉伸与压缩过程中的表现及应力分布规律。 5. 能够应用相关知识解决实际工程问题。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、拉伸与压缩的变形特点 工程中有很多承受拉伸或压缩作用的零件。如图2-4所示的起重装置，在载荷G作用下，杆AB和钢丝绳BD受到拉伸，而杆CB受到压缩;图2-5所示的螺栓连接，当拧紧螺母时，螺栓受到拉伸;图2-6所示的压力机，在水平力F作用下，杆1和杆2都受到压缩。 二、内力与应力 (1)内力 杆件所受其他物体的作用力都称为外力，包括主动力和约束力。在外力作用下杆件产生变形，杆件材料内部产生阻止变形的抗力，这种抗力称为内力。外力越大，杆件的变形越大，所产生的内力也越大。外力去除后，件恢复原状，内力也随之消失。可见，内力是由于外力的作用而引起的，内力随外力增大而增大。 (2)截面法 将受外力作用的杆件假想地切开，用以显示内力的大小，并以平衡条件确定其合力的方法称为截面法。如图2-8a所示，假想将杆件切开，选取杆件的左端为对象，列平衡方程为Fn-F=0，则内力Fn=F，如图2-8b所示。 三、金属材料在外力作用下所表现出来的性能称为力学性能。力学性能一般是通过试验来测定的。如图2-10所示，把拉伸试样装夹在拉伸试验机上，试样的原始直径为d，原始标距为L。在给试样逐渐施加拉伸载荷的同时连续测量力F和相应的伸长量AL，直到试样被拉断为止，根据测得的数据绘制拉力-伸长曲线，求出相关的力学性能指标。 四、铸铁拉伸与压缩时的力学性能 如图2-13所示，虚线是灰铸铁拉伸时的应力-应变曲线，从开始至试样拉断应力和应变都很小，没有“屈服”和“缩颈”现象。拉断时对应的最大应力R为材料的抗拉强度。HT150的抗拉强度R=150MPa。由于脆性材料的抗拉强度R很低，所以不宜作为受拉杆件的材料。图2-13中的实线是灰铸铁压缩时的应力-应变曲线，可以看出，灰铸铁的抗压强度远大于其抗拉强度。灰铸铁试样被压断时，其断口与轴线约成45°。HT150的抗压强度σ=600MPa。由于脆性材料的抗压强度较高，所以常作为受压杆件的材料。 五、载荷与失效 1.载荷 1）机械工作时，零件所承受的载荷是力(拉力、压力、切向力)或力矩(弯矩、转矩)，或者是由力和力矩组成的联合载荷。载荷大小或方向不随时间变化或变化缓慢的称为静载荷，载荷大小或方向随时间变化的称为动载荷。 2）根据动力机的额定功率P(kW)和额定转速n(r/min)计算出的载荷称为名义载荷。机械工作中，零件实际上还要承受动载荷、偏载荷、冲击载荷等附加载荷一般用载荷系数K来考虑这些因素的影响，K≥1。载荷系数与名义载荷的乘积称为计算载荷。 2.失效 零件丧失工作能力或达不到要求的性能时称为失效。机械零件的失效形式主要有:因强度不足而断裂，过大的弹性变形或塑性变形，摩擦表面的过度磨损、打滑或过热，连接松动，压力容器和管道等的泄漏，运动精度达不到要求等。 六、应力的类型 零件受载后产生应力σ。大小或方向不随时间变化或变化缓慢的应力称为静应力如图2-14a所示;大小或方向随时间变化的应力称为变应力。由工程力学可知，具有周期性的变应力称为循环应力，它又可分为非对称循环变应力(图2-14b)、对称循环变应力(图2-14c)和脉动循环变应力(图2-14d)。 [真题练讲] 1.(2019年河南省统一考试)直杆轴向拉伸时，应力-应变曲线的斜率代表？ A. 断裂强度 B. 弹性模量 C. 屈服强度 D. 极限强度 答案：B 解析：应力-应变曲线的斜率表示材料的弹性模量，反映材料的刚度。 2.(2018年四川省统一考试)属于描述材料力学性能的指标是以下哪个？ A. 密度 B. 热膨胀系数 C. 屈服强度 D. 界面摩擦系数 答案：C 解析：屈服强度是描述材料力学性能的指标，表示材料开始产生塑性变形的强度。 3.(2021年四川省统一考试)在材料的拉伸过程中，如果材料具有良好的延展性，那么它通常表现出？ A. 高弹性模量 B. 容易断裂 C. 明显的塑性变形 D. 高硬度 答案：C 解析：具有良好延展性的材料在拉伸过程中通常会有明显的塑性变形。 4.(2020年浙江省统一考试)对于金属材料而言，以下性质与力学性能关系最密切的是？ A. 密度 B. 屈服强度 C. 绝缘性 D. 导热系数 答案：B 解析：金属材料的力学性能与屈服强度有很密切的关系，屈服强度主要描述了材料开始发生塑性变形的强度。 5.(2022年四川省统一考试)在分析材料的力学性能时，影响其拉伸行为的一个重要性质是？ A. 刚度 B. 颜色 C. 透明度 D. 环保性 答案：A 解析：对于材料的拉伸行为影响较大的性质是材料的刚度，即弹性模量。 [限时练讲] 1.直杆轴向拉伸时，如果材料发生屈服，则？ A. 应力逐渐减小 B. 应变逐渐增大 C. 断裂发生 D. 变形为弹性变形 答案：A 解析：屈服阶段后，材料会出现应力逐渐减小的情况。 2.在直杆轴向拉伸时，应力在材料截面的分布特点是？ A. 均匀分布 B. 集中分布 C. 逐渐减小 D. 逐渐增大 答案：A 解析：在直杆轴向拉伸时，应力通常是均匀分布在材料截面上的。 3.在直杆轴向拉伸中，如果材料发生破坏，则？ A. 应力达到最大值 B. 材料发生塑性变形 C. 应变逐渐减小 D. 弹性模量增大 答案：A 解析：材料破坏时，通常是因为受到的应力达到材料的强度极限。 4.直杆轴向拉伸时，材料的屈服强度描述了？ A. 材料的破坏强度 B. 材料开始发生塑性变形的强度 C. 材料承受最大应力的强度 D. 材料具有弹性的强度 答案：B 解析：屈服强度描述了材料开始发生塑性变形的强度。 5.在直杆轴向拉伸时，若应变逐渐减小，则说明？ A. 材料具有良好的延展性 B. 材料接近断裂 C. 弹性模量较小 D. 材料容易塑性变形 答案：B 解析：应变逐渐减小表示材料已经接近断裂点。 6.直杆轴向拉伸过程中，在达到最大强度后出现的现象是？ A. 断裂 B. 屈服 C. 弹性变形 D. 变形 答案：A 解析：在达到最大强度后，材料通常会发生断裂。 7.直杆轴向拉伸时，若应力逐渐增大，材料会发生哪种变形？ A. 弹性变形 B. 塑性变形 C. 破坏 D. 无变形 答案：B 解析：应力逐渐增大会导致材料发生塑性变形。 8.什么是直杆轴向拉伸与压缩的变形？请描述其过程及特点。 答案：直杆轴向拉伸是指直杆在受拉力作用下产生的变形，包括弹性变形和塑性变形两个阶段；压缩则是指直杆在受压力作用下产生的压缩变形。拉伸时，杆体逐渐变细，并在一定应力下出现颈缩现象；压缩时，杆体逐渐增粗。 9.弹性变形和塑性变形有什么区别？它们在直杆轴向拉伸与压缩中的表现有何不同？ 答案：弹性变形是杆体在去除外力后能够完全恢复原状的变形，不会永久变形；塑性变形是指材料在受到一定应力后，在去除外力后会残留形变。在直杆轴向拉伸中，弹性阶段的延长比例与外力成正比，而塑性阶段的延长比例与外力无关。 10.应力-应变曲线是如何描述直杆轴向拉伸与压缩过程中的应力变化的？简要描述曲线上各阶段的特点。 答案：应力-应变曲线是用来描述材料在拉伸或压缩过程中的应力与应变之间的关系。曲线通常包括弹性阶段、屈服阶段、塑性阶段和断裂阶段。弹性阶段呈直线，应力与应变成正比；屈服阶段对应材料开始产生塑性变形的点；塑性阶段对应颈缩现象，应变不再与应力成正比。 11.什么是拉伸和压缩的极限应变？它们在材料性能评价中有何重要性？ 答案：拉伸和压缩的极限应变是材料在拉伸或压缩过程中所能承受的最大应变值，超过该值会导致材料破坏。极限应变是评价材料在受力下的极限承载能力和变形能力的重要指标。 12.如何计算直杆轴向拉伸或压缩过程中的应变？简述计算公式及应用条件。 答案：在直杆轴向拉伸或压缩过程中，应变可以通过公式 ε=ΔL/L0 计算，其中ΔL为变形长度，L0为原始长度。应用条件是基于材料的线性弹性假设，适用于弹性阶段的计算。 [学法建议] 重点复习知识点： 1.强度是零件抵抗破坏的能力，刚度是零件抵抗变形的能力，稳定性是零件保持原有平衡状态的能力。 2.当外力以不同方式作用于零件时，可以使零件产生相应的变形，单一的拉伸(或压缩)、剪切、扭转、弯曲变形称为基本变形，由两种或两种以上基本变形叠加而成的变形称为组合变形。 3.在外力作用下，杆件产生变形，同时杆件材料内部产生阻止变形的抗力这种抗力称为内力。内力是由于外力的作用而引起的，内力随外力增大而增大。在外力作用下，杆件单位面积上的内力称为应力。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$