强度强度 构件抵抗破坏的能力称为构件的强度构件的强度。 刚度刚度 构件抵抗变形的能力称为构件的刚度构件的刚度。 稳定性稳定性 压杆能够维持其原有直线平衡状态的能力称为压杆的稳定性压杆的稳定性。 材料力学基本概念材料力学基本概念第一节第一节 强度、刚度与稳定性的概念强度、刚度与稳定性的概念 构件在外力作用下，其尺寸和形状总会有不同程度的改变，这种改变称为变形。变形分为弹性变形和塑性变形。弹性变形弹性变形: 随外力去除而消失的变形，可恢复原形。塑性变形：塑性变形：外力除去后构件的尺寸和形状不能完全恢复原状。一、构件受力和变形的种类一、构件受力和变形的种类 1.1.构件受力的种类构件受力的种类 机械工作时，其各部分均受到力的作用，这些作用在机械工作时，其各部分均受到力的作用，这些作用在构件上的力称为载荷。构件上的力称为载荷。按载荷作用方式分类按载荷作用方式分类：集中载荷和分布载荷。集中载荷和分布载荷。 集中载荷：集中载荷：由极小的面积传递给构件的力，计算时由极小的面积传递给构件的力，计算时一般认为集中载荷作用于一点。一般认为集中载荷作用于一点。分布载荷分布载荷：连续分布在构件某段长度或面积上的外力。：连续分布在构件某段长度或面积上的外力。分布载荷分布载荷又分为又分为均匀分布载荷均匀分布载荷和和不均匀分布载荷不均匀分布载荷。按载荷作用性质分类：按载荷作用性质分类：静载荷静载荷：由零开始缓慢增加至某一定值后：由零开始缓慢增加至某一定值后不随时间不随时间变化变化( (不使物体产生加速度）不使物体产生加速度）动载荷：载荷大小动载荷：载荷大小随时间变化的力随时间变化的力（交变载荷、冲击载荷）（交变载荷、冲击载荷）2. 2. 变形的基本形式变形的基本形式 工程实际中的构件种类繁多，根据其几何形状，可以简化为四类：杆、板、壳、块杆、板、壳、块 。 本章研究的主要对象是等截面直杆(简称等直杆等直杆) 等直杆在载荷作用下，其基本变形的形式有： 1.1.轴向拉伸和压缩变形；轴向拉伸和压缩变形；2.2.剪切变形；剪切变形； 3.3.扭转变形；扭转变形；4.4.弯曲变形弯曲变形。 两种或两种以上的基本变形组合而成的，称为组组合变形。合变形。 材料的力学性能材料的力学性能：材料在外力作用下，其强度和变形方面所表现出来的性能。它是通过试验的方法测定的，是进行强度、刚度计算和选择材料的重要依据。 工程材料的种类工程材料的种类：根据其性能可分为塑性材料塑性材料和脆性材料脆性材料两大类。低碳钢和铸铁是这两类材料的典型代表，它们在拉伸和压缩时表现出来的力学性能具有广泛的代表性。第二节第二节 材料在拉伸时的力学性能材料在拉伸时的力学性能常温、静载试验常温、静载试验 ：L=510dLdFF 将金属按国家标准制成图示标准拉伸试样，在拉伸试验机上进行拉伸试验。试验结果可以自动绘出以伸长量L为横坐标，以拉伸载荷F为纵坐标的拉伸图。图示为低碳钢拉伸图。一、低碳钢试件拉伸图一、低碳钢试件拉伸图低碳钢的拉伸图曲线分析：低碳钢的拉伸图曲线分析：Ob bc cd de试件在拉伸过程中经历试件在拉伸过程中经历了四个阶段，了四个阶段，obob段段弹性变形阶段弹性变形阶段bcbc段段屈服阶段屈服阶段cdcd段段强化阶段强化阶段 dede段段缩颈断裂阶段缩颈断裂阶段 FeFLFsFb低碳钢标准拉伸试件安装在拉伸试验机上，低碳钢标准拉伸试件安装在拉伸试验机上，然后对试件缓慢施加拉伸载荷，直至把试件拉断。然后对试件缓慢施加拉伸载荷，直至把试件拉断。二、低碳钢应力二、低碳钢应力应变曲线图应变曲线图从刚才的拉伸图来看，金属在外力作用下，随着载荷从刚才的拉伸图来看，金属在外力作用下，随着载荷的增加，可先后发生弹性变形、塑性变形、直至断裂。的增加，可先后发生弹性变形、塑性变形、直至断裂。 根据拉伸过程中试件承受的根据拉伸过程中试件承受的应力应力和产生的和产生的应变应变之间之间的关系，可以绘制出该低碳钢的的关系，可以绘制出该低碳钢的 曲线。曲线。应力应力应变曲线图应变曲线图 =低碳钢的低碳钢的 曲线分析：曲线分析：Oa ab bc cd de试件在拉伸过程中经历了四个阶段，有两个重要的强度指标。 obob段段弹性阶段弹性阶段(比例极比例极限限p p弹性极限弹性极限e e )bcbc段段屈服阶段屈服阶段屈服点屈服点 cdcd段段强化阶段强化阶段 抗拉强度抗拉强度 dede段段缩颈断裂阶段缩颈断裂阶段 pe 1. 1. 弹性阶段弹性阶段 比例极限比例极限p p oa段是直线，应力与应变在此段成正比关系，材料符合虎克定律 直线oa的斜率 就是材料的弹性模量，直线部分最高点所对应的应力值记作pp，称为材料的比例极限比例极限。曲线超过a点，图上ab段已不再是直线，说明材料已不符合虎克定律。但在ab段内卸载，变形也随之消失，说明ab段也发生弹性变形，所以ab段称为弹性阶段。b点所对应的应力值记作ee ，称为材料的弹弹性极限性极限。 弹性极限与比例极限非常接近，工程实际中通常对二者弹性极限与比例极限非常接近，工程实际中通常对二者不作严格区分，而近似地用比例极限代替弹性极限。不作严格区分，而近似地用比例极限代替弹性极限。 2.2.屈服阶段屈服阶段 屈服点屈服点 曲线超过b点后，出现了一段锯齿形曲线，这阶段应力没有增加，而应变依然在增加，材料好像失去了抵抗变形的能力，把把这这种种应应力力不不增增加加而而应应变变显显著著增增加加的的现现象象称称作作屈屈服服，bc段称为屈服阶段。屈服阶段曲线最低点所对应的应力 称为屈屈服服点点(或屈屈服服极极限限)。在屈服阶段卸载，将出现不能消失的塑性变形。工程上一般不允许构件发生塑性变形，并把塑性变形作为塑性材料破坏的标志，所以屈服点所以屈服点是衡量材料强度的一个重要指标。是衡量材料强度的一个重要指标。 3.3.强化阶段强化阶段 抗拉强度抗拉强度 经过屈服阶段后，曲线从c点又开始逐渐上升，说明要使应变增加，必须增加应力，材料又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称作强化，cd段称为强化阶段。曲线最高点所对应的应力值记作 ，称为材料的抗抗拉拉强强度度(或强度极限)，它是衡量材料强度的又一个重要指标。它是衡量材料强度的又一个重要指标。 4.4.局部变形阶段局部变形阶段 曲线到达d点前，试件的变形是均匀发生的，曲线到达d点，在试件比较薄弱的某一局部(材质不均匀或有缺陷处)，变形显著增加，有效横截面急剧减小，出现了缩颈现象，试件很快被拉断，所以de段称为缩颈断裂阶段。 5.5.延伸率和断面收缩率延伸率和断面收缩率试件拉断后，弹性变形消失，但塑性变形仍保留下来。工程上用试件拉断后遗留下来的变形表示材料的塑性指标。常用的塑性指标有两个: 伸长率伸长率: :% %断面收缩率断面收缩率 :% %L1 试件拉断后的标距L 是原标距A1 试件断口处的最小横截面面积A 原横截面面积。 、 值越大，其塑性越好。一般把 5的材料称为塑性材料塑性材料，如钢材、铜、铝等；把 5的材料称为脆性材料脆性材料，如铸铁、混凝土、石料等。 二、二、 拉伸时的强度计算拉伸时的强度计算 1.许用应力和安全系数 极限应力极限应力：材料丧失正常工作能力时的应力。材料丧失正常工作能力时的应力。塑性变形塑性变形是塑性材料破坏的标志。屈服点是塑性材料破坏的标志。屈服点 为塑性材料的极限为塑性材料的极限应力。断裂是脆性材料破坏的标志。因此把抗拉强度应力。断裂是脆性材料破坏的标志。因此把抗拉强度 ，作为脆性材料的极限应力。作为脆性材料的极限应力。 许用应力许用应力：构件安全工作时材料允许承受的最大应力：构件安全工作时材料允许承受的最大应力。构件的工作应力必须小于材料的极限应力。构件的工作应力必须小于材料的极限应力。塑性材料塑性材料： =脆性材料脆性材料： =ns s、n b b是安全系数: ns s =1.2=1.22.5 2.5 n b b 2.02.03.53.52. 强度计算：强度计算： 为了使构件不发生破坏，保证构件安全工作的条件是：最大工作应力不超过材料的许用应力。这一条件称为强度条件强度条件。 应用该条件式可以解决以下三类问题：校核强度校核强度 、设计截面设计截面 、确定许用应力确定许用应力 。应用强度条件式进行的运算。