机械基础教材第二章 强度与刚度知识ppt课件
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17
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 二、铸铁拉伸与压缩时的力学性能
特点：没有“屈服”和“颈缩”现象，Rm很低； 铸铁的抗压强度远大于抗拉强度； 宜作承压材料，不宜作拉杆材料。
18
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
三、塑性与冷作硬化
1.塑性
塑性是材料抵抗永久变形而不断裂的能力。工程中常用的塑性指标是断
件的左端为对象，列平衡方程为FN－F=0，则内力FN=F，如图（b）所示。
F
F
F
FN
（a）
（b）
5
§2.1 直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析 （3）应力 杆件在外力作用下，单位面积上的内力称为应力。
拉压杆横截面上各点处只产生正应力，且正应力在截面上均匀分布 。
F
FN
A
FN
——轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式。 式中：
max
FN A
150 103
1570
MPa
95.5 MPa﹤ 所以斜拉杆 C 的D 强度足够。
31
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 五、应力集中与温差应力 1.应力集中 局部应力显著增大的现象：应力集中，使零件破坏危险性增加。
32
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 2.温差应力 由于温度变化，结构或构件产生伸或缩，而当伸缩受到限制时，结构或 构件内部便产生应力，称为温差应力或热应力。 工业生产中输送高压蒸汽的管道要设置膨胀节，以避免受温度变化影响。
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，杆件发生变形，杆件材料内部产生阻止变形的抗力，这种抗力称为 内力（。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。如下图（a）所示,假想将杆件切开，选取杆
脆性材料：断裂前塑性变形 很小的材料，如铸铁、石料。
低碳钢：指含碳量0.3% 以下 的碳素钢。
9
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 一.低碳钢拉伸与压缩时的力学性能
F
F
F O
低碳钢Q235的拉伸图（F—△l 曲线 )
l
10
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
F
A
1.低碳钢拉伸时的力学性能
e
d
f
后伸长率和断面收缩率。
（1）断后伸长率
断后伸长率是指试样断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率，用
符号A表示：
A
Lu L0 L0
100
0 0
式中： Lu为拉断试样对接后测出的标距，mm ； L0为试样的原始标距，mm。
19
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
（2）断面收缩率 断面收缩率是指断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比的
变截面直杆：综合内力FN和横截面积A两方面确定。
26
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
例2-1 直杆受力F1=30KN,F2=12KN，其横截面积分别是
A1=150mm，A2=80mm。试求横截面上的最大正应力。
解 直杆各段横截面积不同、内力也不同，应力要分段计算，比较得 出最大应力（2-2截面最大应力σmax=150MPa）。
的强度（当载荷位于梁右端B 处时）。 NhomakorabeaD
解 （1）求C D 杆所承受的最大外力
取横梁AB 为研究对象，画出其受力图，
C′
由平面任意力系的平衡方程可得
A
C
B
29
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
D FD
b)
∑ MA 0
Fc cos c Fc cos a W (LAC LBC ) 0
代入数据，得 Fc 150kN
A
1
B F
2
CF
1
2
1l
2 l
1
2
27
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 28
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
【例】悬臂吊车如图所示，最大的吊重（包括电动葫芦 自重）W = 70kN。已知LAC=1140mm，LBC=360mm，LCC'=150mm。斜
拉杆 C D 为一外径D =60mm、内径d =40mm的无缝钢管，和水平线的夹 角 30，材料为Q235低碳钢，取安全系数S=2.0。试校核斜拉杆 C D
s 为横截面上的正应力，MPa；
FN为横截面上的内力，N； A为横截面面积,mm2。
正应力 s 的正负号规定为：拉应力为正，压应力为负。
公式的使用条件：轴向拉压杆。
6
§2.1 直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
例2.1 如图所示圆截面杆，直径 试求杆横截面上的最大正应力。
d,拉40力mm
F 60kN
b
c b a
se p
O d g
f h l
l
低碳钢Q235的拉伸时的应力–应变曲线图（- 曲线 ）
11
§2-2 拉伸和压缩时材料的力学性质
低碳钢Q235的拉伸时的应力–应变曲线图（- 曲线 ）
12
§2-2 拉伸和压缩时材料的力学性质 13
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
低碳钢的应力–应变曲线分析：
得到单位面积的内力：应力
将横坐标ΔL/试样原始的标距L0：得到
单位长度的变形：应变
对于低碳钢，在弹性变形阶段：
应力与应变成正比：
=E 胡克定律
E：材料的拉压弹性模量，MPa。钢材：E=200GPa=2ⅹ105Pa
15
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
低碳钢的应力–应变曲线分析：
FeH——屈服前第一个峰值对应的最大力； FeL——舍去屈服后第一个谷值不计，其余谷值对应的最小力； Fm——b点对应的试样能够承受的最大拉力。
循环应力指应力随时间呈周期
性的变化，包括——
对称循环变应力 非对称循环变应力 脉动循环变应力
静应力只能在静载荷下产生
变应力可能在变载荷下产生
也可由静载荷下产生
23
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
三、许用应力与安全系数
材料丧失正常工作能力时的应力称为极限应力。 塑性材料的极限应力：下屈服强度ReL 脆性材料的极限应力：抗拉强度Rm 构件中的应力接近极限应力时处于危险状态！为有强度储备： 常用极限应力除以一个大于1的系数作为工作时允许的最大应力——材料的
解（1）作轴力图
A d2 dd
4
4
FN F 60 kN
402 mm2 402 mm2
4
4
（2）计算杆的最大正应力
856mm2
由于杆的轴力为常数，但中间一段因开 槽而使截面面积减小，故杆的危险截面应在开 杆的最大正应力为:
槽段，即最大正应力发生在该段，将槽对杆的 横截面面积削弱量近似看作矩形，开槽段的横 截面面积为
Fm——b点对应的试样能够承受的最大拉力。
14
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
不同材料的力学性能有所区别：F-ΔL曲线：
低碳钢等材料在断裂前有明显的塑性变形 ——“韧性断裂”： 铸铁等材料在断裂前没有明显的塑性变形——“脆性断裂”： 材料断裂前的“屈服”“颈缩”现象：“脆性”无，“韧性”有。
将纵坐标F/试样横截面的原面积s:
根据式 ReL / S 和材料力学性能的有关数据，
取 s 235 MPa ，则拉杆的许用应力为
ReL 235 MPa=117.5MPa
S 2.0
斜拉杆 C D 的横截面积为
A D2 d 2 3.14 602 402 mm2 1570 mm2
4
4
由式（4-2），得
计算方法的近似性；
实际材料材质的不均匀性……
2.安全系数S为什么要合理确定？
安全系数S是解决安全与经济矛盾的关键——
S若取值过大，许用应力[ ]过低，造成材料浪费，不经济；
S若取值过小，许用应力[ ]过高，虽然节省材料，不安全。
【思考】
为什么脆性材料的安全系数要大于塑性材料的安全系数？
25
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 四、拉伸与压缩时的强度条件
max
FN A
60103 N 856mm2
70.1 MPa
7
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 力学性能(机械性能):指材料在外力作用下，在变形和强度方面所表现出 来的特性。
实验条件：常温(20℃)，静载（均匀缓慢地加载）。 标准试件： 国家标准《金属拉伸试验方法》（GB/T 228—2010）
d
压缩试件： h (1.5 3)d
拉伸试件：
对圆形截面的试样规定: l 10d 或 l 5d
对于横截面积为A的矩形截面试样，则规定: l 11.3 A l 5.65 A8
h
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 实验设备：万能材料试验机。 塑性材料：断裂前产生较大 塑性变形的材料,如低碳钢等。
模块二 强度与刚度
思维导图
3
§2.1 直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
一、拉伸与压缩时的变形特点
实验：
F
ac
a
c
F
b
d
bd
结论：受拉伸或压缩的构件都可简化为等截面直杆。它们受力的共同特 点是外力（或外力合力）沿杆轴线作用，变形特点是杆件沿轴向伸长或缩短。
4
§2.1 直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
百分率，用符号Z表示：
Z
S0 Su S0
100
0 0
式中： S0 为试样原始横截面积； Su 为试样断口处的最小横截面积。
断后伸长率A和断面收缩率Z的数值越大,表明材料的塑性越好。一般 把A>5%的材料称为塑性材料，把A<5%的材料称为脆性材料。
20
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
2.冷作硬化 在常温下将钢材拉伸超过屈服阶段，卸载后短期内又继续加载，材料 的比例极限提高而塑性变形降低的现象。工程中，常用“冷作硬化”来 提高某些结构件，如钢筋、链条、冷轧钢板等的承载能力。冷作硬化不 利于机械零件的再加工。
*
机械基础
模块二 【强度与刚度】
模块二 强度与刚度
零件抵抗破坏的能力，称为强度。 零件抵抗变形的能力，称为刚度。 机械和工程结构中的零部件在载荷的作用下,其形状和尺寸发生变 化,为保证安全工作,机械零件必须具有足够的强度、刚度和稳定性。 学习基本变形、应力、强度是为了保证材料具有足够的使用寿命。
2
为了保证构件在外力作用下安全可靠地工作，必须使构件的最大工作应力
小于材料的许用应力，即拉压杆的强度条件为
max
FN A
式中，FN和A分别为危险横截面上的内力和横截面积 。
运用强度条件可解决强度校核、横截面选择、确定许可载荷三种类型的
问题。
【讨论】何为危险截面？产生最大应力的横截面。
等截面直杆：位于最大内力处；
许用应力[ ]。
塑性材料
ReL
S
脆性材料
Rm
S
S为安全系数，静载荷作用时： 塑性材料的安全系数一般取S=1.2〜1.5 脆性材料的安全系数一般取S=2〜3.5。
24
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
【讨论】 1.构件的材料为什么要有强度储备（S>1）？
ReL
S
Rm
S
构件承受的载荷难以估计准确；
【思考】 观察机器底座，它广泛用什么材料制造？为什么？
21
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
一、载荷与失效 1.载荷 机械工作时，零件所承受的载荷是力或力矩，或者是由力和力矩组
成的联合载荷。载荷大小或反向不随时间变化或变化缓慢的叫静载荷， 载荷大小或方向随时间变化的叫动载荷。
根据动力机的额定功率P(kW)和额定n(r/min)计算出的载荷称为名义 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。构件的失效主要 有强度失效、刚度失效、稳定失效和疲劳失效等形式。
22
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
二、应力的类型
材料在工作时，其所受的外力不 随时间而变化，这时其内部的应力 大小不变，称为静应力；其所受的 外力随时间呈周期性变化，这时内 部的应力也随时间呈周期性变化， 称为变应力。
与Fm对应的应力：抗拉强度Rm Rm=Fm/S
与FeH对应的:上屈服强度 ReH ReH=FeH/S
与FeL对应的:下屈服强度ReL ReL=FeL/S
显然 ReH>ReL 16
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 2.低碳钢压缩时的力学性能
特点：上屈服强度 ReH、下屈服强度ReL与低碳钢拉伸时相同。在出现 “颈缩”现象后，试样被压扁，不会断裂。
oe段：弹性变形阶段，伸长量ΔL∝拉
力F，载荷去掉后试样能够恢复原来的形状， 在此阶段内，材料服从胡克定律。
e点以后，进入不可恢复原来形状的塑性 变形阶段，曲线呈锯齿状：“屈服”。F不 变，ΔL增加，出现“颈缩”。到k点试样被 拉断。
FeH——屈服前第一个峰值对应的最大力；
Fel——舍去屈服后第一个谷值不计，其余谷值对应的最小力；
C′ FC′
斜拉杆C D 的受力如图b)
FAY
A FA
X
FC C′ C
c)
BW
所示。根据作用与反作用定律，
有
Fc Fc 150kN
(2)求 C D 杆的轴力
二力平衡的斜拉杆 C D，其轴力 FN 等于杆端受力，即
(3)校核强度 FN Fc 150 kN
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§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 二、铸铁拉伸与压缩时的力学性能
特点：没有“屈服”和“颈缩”现象，Rm很低； 铸铁的抗压强度远大于抗拉强度； 宜作承压材料，不宜作拉杆材料。
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§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
三、塑性与冷作硬化
1.塑性
塑性是材料抵抗永久变形而不断裂的能力。工程中常用的塑性指标是断
件的左端为对象，列平衡方程为FN－F=0，则内力FN=F，如图（b）所示。
F
F
F
FN
（a）
（b）
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§2.1 直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析 （3）应力 杆件在外力作用下，单位面积上的内力称为应力。
拉压杆横截面上各点处只产生正应力，且正应力在截面上均匀分布 。
F
FN
A
FN
——轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式。 式中：
max
FN A
150 103
1570
MPa
95.5 MPa﹤ 所以斜拉杆 C 的D 强度足够。
31
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 五、应力集中与温差应力 1.应力集中 局部应力显著增大的现象：应力集中，使零件破坏危险性增加。
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§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 2.温差应力 由于温度变化，结构或构件产生伸或缩，而当伸缩受到限制时，结构或 构件内部便产生应力，称为温差应力或热应力。 工业生产中输送高压蒸汽的管道要设置膨胀节，以避免受温度变化影响。
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，杆件发生变形，杆件材料内部产生阻止变形的抗力，这种抗力称为 内力（。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。如下图（a）所示,假想将杆件切开，选取杆
脆性材料：断裂前塑性变形 很小的材料，如铸铁、石料。
低碳钢：指含碳量0.3% 以下 的碳素钢。
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§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 一.低碳钢拉伸与压缩时的力学性能
F
F
F O
低碳钢Q235的拉伸图（F—△l 曲线 )
l
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§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
F
A
1.低碳钢拉伸时的力学性能
e
d
f
后伸长率和断面收缩率。
（1）断后伸长率
断后伸长率是指试样断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率，用
符号A表示：
A
Lu L0 L0
100
0 0
式中： Lu为拉断试样对接后测出的标距，mm ； L0为试样的原始标距，mm。
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§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
（2）断面收缩率 断面收缩率是指断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比的
变截面直杆：综合内力FN和横截面积A两方面确定。
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§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
例2-1 直杆受力F1=30KN,F2=12KN，其横截面积分别是
A1=150mm，A2=80mm。试求横截面上的最大正应力。
解 直杆各段横截面积不同、内力也不同，应力要分段计算，比较得 出最大应力（2-2截面最大应力σmax=150MPa）。
的强度（当载荷位于梁右端B 处时）。 NhomakorabeaD
解 （1）求C D 杆所承受的最大外力
取横梁AB 为研究对象，画出其受力图，
C′
由平面任意力系的平衡方程可得
A
C
B
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§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
D FD
b)
∑ MA 0
Fc cos c Fc cos a W (LAC LBC ) 0
代入数据，得 Fc 150kN
A
1
B F
2
CF
1
2
1l
2 l
1
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§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 28
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
【例】悬臂吊车如图所示，最大的吊重（包括电动葫芦 自重）W = 70kN。已知LAC=1140mm，LBC=360mm，LCC'=150mm。斜
拉杆 C D 为一外径D =60mm、内径d =40mm的无缝钢管，和水平线的夹 角 30，材料为Q235低碳钢，取安全系数S=2.0。试校核斜拉杆 C D
s 为横截面上的正应力，MPa；
FN为横截面上的内力，N； A为横截面面积,mm2。
正应力 s 的正负号规定为：拉应力为正，压应力为负。
公式的使用条件：轴向拉压杆。
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§2.1 直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
例2.1 如图所示圆截面杆，直径 试求杆横截面上的最大正应力。
d,拉40力mm
F 60kN
b
c b a
se p
O d g
f h l
l
低碳钢Q235的拉伸时的应力–应变曲线图（- 曲线 ）
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§2-2 拉伸和压缩时材料的力学性质
低碳钢Q235的拉伸时的应力–应变曲线图（- 曲线 ）
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§2-2 拉伸和压缩时材料的力学性质 13
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
低碳钢的应力–应变曲线分析：
得到单位面积的内力：应力
将横坐标ΔL/试样原始的标距L0：得到
单位长度的变形：应变
对于低碳钢，在弹性变形阶段：
应力与应变成正比：
=E 胡克定律
E：材料的拉压弹性模量，MPa。钢材：E=200GPa=2ⅹ105Pa
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§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
低碳钢的应力–应变曲线分析：
FeH——屈服前第一个峰值对应的最大力； FeL——舍去屈服后第一个谷值不计，其余谷值对应的最小力； Fm——b点对应的试样能够承受的最大拉力。
循环应力指应力随时间呈周期
性的变化，包括——
对称循环变应力 非对称循环变应力 脉动循环变应力
静应力只能在静载荷下产生
变应力可能在变载荷下产生
也可由静载荷下产生
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§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
三、许用应力与安全系数
材料丧失正常工作能力时的应力称为极限应力。 塑性材料的极限应力：下屈服强度ReL 脆性材料的极限应力：抗拉强度Rm 构件中的应力接近极限应力时处于危险状态！为有强度储备： 常用极限应力除以一个大于1的系数作为工作时允许的最大应力——材料的
解（1）作轴力图
A d2 dd
4
4
FN F 60 kN
402 mm2 402 mm2
4
4
（2）计算杆的最大正应力
856mm2
由于杆的轴力为常数，但中间一段因开 槽而使截面面积减小，故杆的危险截面应在开 杆的最大正应力为:
槽段，即最大正应力发生在该段，将槽对杆的 横截面面积削弱量近似看作矩形，开槽段的横 截面面积为
Fm——b点对应的试样能够承受的最大拉力。
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§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
不同材料的力学性能有所区别：F-ΔL曲线：
低碳钢等材料在断裂前有明显的塑性变形 ——“韧性断裂”： 铸铁等材料在断裂前没有明显的塑性变形——“脆性断裂”： 材料断裂前的“屈服”“颈缩”现象：“脆性”无，“韧性”有。
将纵坐标F/试样横截面的原面积s:
根据式 ReL / S 和材料力学性能的有关数据，
取 s 235 MPa ，则拉杆的许用应力为
ReL 235 MPa=117.5MPa
S 2.0
斜拉杆 C D 的横截面积为
A D2 d 2 3.14 602 402 mm2 1570 mm2
4
4
由式（4-2），得
计算方法的近似性；
实际材料材质的不均匀性……
2.安全系数S为什么要合理确定？
安全系数S是解决安全与经济矛盾的关键——
S若取值过大，许用应力[ ]过低，造成材料浪费，不经济；
S若取值过小，许用应力[ ]过高，虽然节省材料，不安全。
【思考】
为什么脆性材料的安全系数要大于塑性材料的安全系数？
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§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 四、拉伸与压缩时的强度条件
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FN A
60103 N 856mm2
70.1 MPa
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§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 力学性能(机械性能):指材料在外力作用下，在变形和强度方面所表现出 来的特性。
实验条件：常温(20℃)，静载（均匀缓慢地加载）。 标准试件： 国家标准《金属拉伸试验方法》（GB/T 228—2010）
d
压缩试件： h (1.5 3)d
拉伸试件：
对圆形截面的试样规定: l 10d 或 l 5d
对于横截面积为A的矩形截面试样，则规定: l 11.3 A l 5.65 A8
h
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 实验设备：万能材料试验机。 塑性材料：断裂前产生较大 塑性变形的材料,如低碳钢等。
模块二 强度与刚度
思维导图
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§2.1 直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
一、拉伸与压缩时的变形特点
实验：
F
ac
a
c
F
b
d
bd
结论：受拉伸或压缩的构件都可简化为等截面直杆。它们受力的共同特 点是外力（或外力合力）沿杆轴线作用，变形特点是杆件沿轴向伸长或缩短。
4
§2.1 直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
百分率，用符号Z表示：
Z
S0 Su S0
100
0 0
式中： S0 为试样原始横截面积； Su 为试样断口处的最小横截面积。
断后伸长率A和断面收缩率Z的数值越大,表明材料的塑性越好。一般 把A>5%的材料称为塑性材料，把A<5%的材料称为脆性材料。
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§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
2.冷作硬化 在常温下将钢材拉伸超过屈服阶段，卸载后短期内又继续加载，材料 的比例极限提高而塑性变形降低的现象。工程中，常用“冷作硬化”来 提高某些结构件，如钢筋、链条、冷轧钢板等的承载能力。冷作硬化不 利于机械零件的再加工。
*
机械基础
模块二 【强度与刚度】
模块二 强度与刚度
零件抵抗破坏的能力，称为强度。 零件抵抗变形的能力，称为刚度。 机械和工程结构中的零部件在载荷的作用下,其形状和尺寸发生变 化,为保证安全工作,机械零件必须具有足够的强度、刚度和稳定性。 学习基本变形、应力、强度是为了保证材料具有足够的使用寿命。
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为了保证构件在外力作用下安全可靠地工作，必须使构件的最大工作应力
小于材料的许用应力，即拉压杆的强度条件为
max
FN A
式中，FN和A分别为危险横截面上的内力和横截面积 。
运用强度条件可解决强度校核、横截面选择、确定许可载荷三种类型的
问题。
【讨论】何为危险截面？产生最大应力的横截面。
等截面直杆：位于最大内力处；
许用应力[ ]。
塑性材料
ReL
S
脆性材料
Rm
S
S为安全系数，静载荷作用时： 塑性材料的安全系数一般取S=1.2〜1.5 脆性材料的安全系数一般取S=2〜3.5。
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§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
【讨论】 1.构件的材料为什么要有强度储备（S>1）？
ReL
S
Rm
S
构件承受的载荷难以估计准确；
【思考】 观察机器底座，它广泛用什么材料制造？为什么？
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§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
一、载荷与失效 1.载荷 机械工作时，零件所承受的载荷是力或力矩，或者是由力和力矩组
成的联合载荷。载荷大小或反向不随时间变化或变化缓慢的叫静载荷， 载荷大小或方向随时间变化的叫动载荷。
根据动力机的额定功率P(kW)和额定n(r/min)计算出的载荷称为名义 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。构件的失效主要 有强度失效、刚度失效、稳定失效和疲劳失效等形式。
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§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算
二、应力的类型
材料在工作时，其所受的外力不 随时间而变化，这时其内部的应力 大小不变，称为静应力；其所受的 外力随时间呈周期性变化，这时内 部的应力也随时间呈周期性变化， 称为变应力。
与Fm对应的应力：抗拉强度Rm Rm=Fm/S
与FeH对应的:上屈服强度 ReH ReH=FeH/S
与FeL对应的:下屈服强度ReL ReL=FeL/S
显然 ReH>ReL 16
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 2.低碳钢压缩时的力学性能
特点：上屈服强度 ReH、下屈服强度ReL与低碳钢拉伸时相同。在出现 “颈缩”现象后，试样被压扁，不会断裂。
oe段：弹性变形阶段，伸长量ΔL∝拉
力F，载荷去掉后试样能够恢复原来的形状， 在此阶段内，材料服从胡克定律。
e点以后，进入不可恢复原来形状的塑性 变形阶段，曲线呈锯齿状：“屈服”。F不 变，ΔL增加，出现“颈缩”。到k点试样被 拉断。
FeH——屈服前第一个峰值对应的最大力；
Fel——舍去屈服后第一个谷值不计，其余谷值对应的最小力；
C′ FC′
斜拉杆C D 的受力如图b)
FAY
A FA
X
FC C′ C
c)
BW
所示。根据作用与反作用定律，
有
Fc Fc 150kN
(2)求 C D 杆的轴力
二力平衡的斜拉杆 C D，其轴力 FN 等于杆端受力，即
(3)校核强度 FN Fc 150 kN
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§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算