汽车机械基础材料力学基础知识教学课件
合集下载
汽车机械基础课件2.材料力学
塑性材料的许用应力 脆性材料的许用应力
s
n
b
n
式中，σs —塑性材料的屈服点应力； σb —脆性材料的强度极限应力； n —安全系数，它反映了构件必要的强度储备。
2.2 轴向拉伸与压缩
六、拉伸、压缩时的强度条件
为保证构件安全可靠的正常工作，必须使构件最大工作应力不超过材料的许 用应力[ ]，即
2.3 剪切与挤压
一、剪切 2．剪切变形的内力与应力
单剪切
双剪切
2.3 剪切与挤压
一、剪切
2．剪切变形的内力与应力 剪切时单位面积上的内力，称为剪应力，或称切应力。
= FQ /A —切应力，Pa或MPa； FQ —剪切时的内力，N； A —剪切面积，m2或mm2。
2.3 剪切与挤压
一、剪切 3．剪切时的强度条件 = FQ /A≤[]
一、构件的承载能力 承载能力： 为了保证机器安全可靠地工作，要求每个构件在外力作用下均具有足够的 承受载荷的能力 。
承载能力的大小主要由三方面来衡量：即强度、刚度和稳定性。
2.1 材料力学基础
一、构件的承载能力 1、强度 构件在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。
AB和BC两杆在起吊重物的过程中 不允许折断
2.2 轴向拉伸与压缩
一、拉伸与压缩的概念 作用于杆件上的外力的合力作用线与杆件的轴线重合，杆件的变形是沿轴线 方向的伸长和缩短。这类变形称为轴向拉伸或轴向压缩，这类杆件称为拉压 杆。
轴向拉伸或压缩的杆件的受力特点是：作用在直杆两端的合外力，大小相 等，方向相反，力的作用线与杆件的轴线重合。 其变形特点是：杆件沿轴线方向伸长（或缩短）。
二、杆件变形的四种基本形式
3、扭转
当作用面互相平行的两个力偶作用在杆件的两个横截面内时，杆件的横截面 将产生绕杆件轴线的相互转动，这种变形称为扭转变形。
汽车机械基础 全套课件
高职高专汽车技术服务与营销专业系列教材——汽车机械基础
出版社 理工分社
高职高专汽车技术服务与营销专业系列教材——汽车机械基础
• 3.2.3 合金结构钢 • (1)合金结构钢牌号及应用 • 1)合金渗碳钢 • 2)合金调质钢 • 3)合金弹簧钢 • 4)滚动轴承钢 • (2)合金工具钢 • (3)特殊性能钢
出版社 理工分社
第3章 常用金属材料 和非金属材料
• 3.1 碳素钢的分类、牌号及用途 • 3.1.1 碳素钢的分类 • (1)按含碳量分类 • (2)按质量分类(主要根据有害杂质硫、磷
的多少) • (3)按用途分类
高职高专汽车技术服务与营销专业系列教材——汽车机械基础
出版社 理工分社
• 3.1.2 碳素钢的牌号、性能及主要用途 • (1)碳素结构钢 • (2)优质碳素结构钢 • (3)碳素工具钢
出版社 理工分社
图4.10 球的受力图例
高职高专汽车技术服务与营销专业系列教材——汽车机械基础
• (2)画出主动力，只有球的重力G。 • (3)画出约束反力。
出版社 理工分社
图4.11 简支梁的受力图解
高职高专汽车技术服务与营销专业系列教材——汽车机械基础
出版社 理工分社
图4.12 支架的受力分析
高职高专汽车技术服务与营销专业系列教材——汽车机械基础
出版社 理工分社
图1.3 布氏硬度实验原理图
• (2)洛氏硬度
高职高专汽车技术服务与营销专业系列教材——汽车机械基础
出版社 理工分社
图1.4 洛氏硬度试验原理
• 1.1.3 冲击韧性和疲劳强度
高职高专汽车技术服务与营销专业系列教材——汽车机械基础
高职高专汽车技术服务与营销专业系列教材——汽车机械基础
汽车机械基础大全介绍PPT课件
汽车机械基础
项目一 汽车常用金属材料和非金属材料
学习目标： 1.了解金属材料和非金属材料的种类； 2.掌握各种金属材料、非金属材料的性能； 3.熟悉金属、非金属材料在汽车上的应用； 4.会选择常用的金属材料和非金属材料。
任务一 碳素钢的分类、牌号与用途
一、 碳素钢的分类 碳钢的分类主要有以下三种方法。 1.按含碳量分 • 低碳钢:Wc≤0.25%； • 中碳钢:0.25%＜Wc＜0.6%； • 高碳钢:Wc≥O.60%。 2.按质量分(主要根据有害杂质疏、磷的多少) • 普通碳素钢:WS≤0.05%，WP≤0.045%； • 优质碳素钢:WS、WP≤0.035%； • 高级优质碳素钢:WS≤0.02%，WP≤0.03%。 3.按用途分 • 碳素结构钢:主要用于工程构件、桥梁、建筑构件和机器零部件等，一般 为中低碳钢； • 碳素工具钢:主要用于制作各种刃具、量具、模具，一般为高碳钢。
任务二 合金钢的分类、牌号及用途
三、合金结构钢 2.合金工具钢 合金工具钢按用途可分为合金刃具钢、合金量具钢和合金模具钢三类。
3.特殊性能钢 常用特殊性能钢包括不锈钢、耐磨钢和耐热钢等。
任务三 铸铁的分类、牌号及用途 按铸铁中碳的存在形式不同，铸铁可分为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻 铸铁和蠕墨铸铁等。
4.平衡的概念 • 物体的平衡是指物体相对地面保持静止或做匀速直线运动，是物体机械运动中的 一种特殊状态。 • 物体在力系作用下处于平衡状态时，称该力系为平衡力系。 • 作用于物体上的力系，若使物体处于平衡状态，必须满足一定的条件，这些条件称 为力系的平衡条件。
任务一 理解静力学基本概念与公理
二、静力学公理 公理一 二力平衡公理 同一刚体仅受两个力作用而处于平衡状态时，则这两个力必须大小相等，方向相反， 且作用在同一直线上。
项目一 汽车常用金属材料和非金属材料
学习目标： 1.了解金属材料和非金属材料的种类； 2.掌握各种金属材料、非金属材料的性能； 3.熟悉金属、非金属材料在汽车上的应用； 4.会选择常用的金属材料和非金属材料。
任务一 碳素钢的分类、牌号与用途
一、 碳素钢的分类 碳钢的分类主要有以下三种方法。 1.按含碳量分 • 低碳钢:Wc≤0.25%； • 中碳钢:0.25%＜Wc＜0.6%； • 高碳钢:Wc≥O.60%。 2.按质量分(主要根据有害杂质疏、磷的多少) • 普通碳素钢:WS≤0.05%，WP≤0.045%； • 优质碳素钢:WS、WP≤0.035%； • 高级优质碳素钢:WS≤0.02%，WP≤0.03%。 3.按用途分 • 碳素结构钢:主要用于工程构件、桥梁、建筑构件和机器零部件等，一般 为中低碳钢； • 碳素工具钢:主要用于制作各种刃具、量具、模具，一般为高碳钢。
任务二 合金钢的分类、牌号及用途
三、合金结构钢 2.合金工具钢 合金工具钢按用途可分为合金刃具钢、合金量具钢和合金模具钢三类。
3.特殊性能钢 常用特殊性能钢包括不锈钢、耐磨钢和耐热钢等。
任务三 铸铁的分类、牌号及用途 按铸铁中碳的存在形式不同，铸铁可分为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻 铸铁和蠕墨铸铁等。
4.平衡的概念 • 物体的平衡是指物体相对地面保持静止或做匀速直线运动，是物体机械运动中的 一种特殊状态。 • 物体在力系作用下处于平衡状态时，称该力系为平衡力系。 • 作用于物体上的力系，若使物体处于平衡状态，必须满足一定的条件，这些条件称 为力系的平衡条件。
任务一 理解静力学基本概念与公理
二、静力学公理 公理一 二力平衡公理 同一刚体仅受两个力作用而处于平衡状态时，则这两个力必须大小相等，方向相反， 且作用在同一直线上。
汽车机械基础工程力学课件
韧性
材料在受力时吸收能量并抵抗 断裂的能力。
应变
材料在受力时单位长度内的变 形量，表示材料的变形程度。
轴向拉伸与压缩
轴向拉伸
试样两端受到方向相反、大小 相等的拉力作用，试样发生伸
长变形直至断裂的过程。
轴向压缩
试样两端受到方向相反、大小 相等的压力作用，试样发生缩 短变形直至破裂的过程。
胡克定律
在弹性范围内，材料的应变与 应力成正比，比例常数称为弹 性模量。
态之间的关系。
惯性参照系
03
解释惯性参照系的概念，阐述在惯性参照系中，牛顿运动定律
的适用条件。
动量定理与动量矩定理
动量的定义
阐述动量的概念及计算方法，包括线动量和角力和时间的关系，分 析物体运动状态的变化。
动量矩定理
阐述动量矩定理，解释物体受力矩和时间的关系，分 析物体转动状态的变化。
汽车机械基础工程力学课件
• 绪论 • 静力学基础 • 材料力学基础 • 动力学基础
01
绪论
工程力学的研究对象
弹性固体
工程力学主要研究弹性固体的力学行为，包 括其变形、破坏和稳定性等方面的问题。
杆件和结构
工程力学还关注杆件和结构的受力分析，包括梁、 板、柱、框架等结构的内力和变形计算。
流体和土体
结构力学研究各种结构在外部载荷作用下的内力和变形，以及 结构的稳定性和设计方法。
动力学研究物体的运动规律和力与运动之间的关系，包括质点 和刚体的运动方程、弹性体的振动等。
工程力学的研究方法
理论分析
工程力学通过建立数学模型和方程，利用数学方法进行求解和分析，以揭示力学现象的本质和规律。
数值模拟
借助计算机技术和数值方法，工程力学可以对复杂问题进行数值模拟和仿真，以预测实际工程中的行为和性能。
汽车机械基础课件
下一页 返回
第一节 力学基拙知识
一、力的概念
(1)力是物体间相互的机械作用，力能使物体的机械运动状 态发生变化。
(2)力是一物体对另一物体的机械作用。在研究物体受力时， 必须分清哪个是受力物体，哪个是施力物体。
(3)力的作用方式，可以是物体间的直接作用，也可以是 “场”与物体的作用(例如地球的重力场对物体的作用)。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
上一页 下一页 返回
第一节 力学基拙知识
如图3-9在实际工程中，经常会遇到一种不计自重的双端铰 链连接的刚杆。三脚架中的杆BC,当不计自重时，它是只受 两个力作用的平衡物体。由二力平衡条件可知，杆BC所受的 力必定沿两个铰链中心的连线，所以杆BC对杆AB的反力， 也一定沿此连线。 注意:杆AB因受到载荷F的作用，两端铰链的反力，就不再 沿铰链A和B的连线，也就是说，AB杆不是二力杆。 顺口溜:绳子链条，力沿中线。二力平衡，力过两点，光滑接 触，力沿法线。轴承铰链，力分两边。
上一页 下一页 返回
第二节 平面汇交力系
2.力投影的方向
一般规定力的起端到末端的投影方向与坐标轴的正向相同时， 投影为正;反之为负。如图3-14(a) ,(b)所示。
上一页 下一页 返回
第二节 平面汇交力系
3.力在坐标轴上的投影的代数量 当力与坐标轴垂直时，力在该轴上的投影为零;当力与坐标轴 平行时，则力的投影的绝对值等于力本身的大小。 4.合力投影定理 指合力在某一轴上的投影.等于力系中各力在同一轴上的投影 的代数和。 例3-4在三脚架ABC的销B上悬挂一重G=1 000 N的物体， 如不计杆AB,BC的自重，已知α=45° ,β= 30°，试求杆 AB和BC所受的力。 解:为了求出三脚架中杆AB和BC所受的力，可取销B为研究 的对象。销B受到三个汇交力的作用，如图3-15所示。
汽车机械基础全套ppt课件收藏版
x
（2）力的解析 y
对正交坐标系
合力:
FR FR2x FR2y Fx )2 ( Fy )2
方向:
tg FRy cFoys
FRx
FRx
Fx
(FRx )2 (FRy )2
合力方向——由 和FRx、FRy符号(确定象限)判定 ——FR与 x轴所夹锐角
300
P C
x
z
(a) B
P
FA
FC
FB
所谓平面力系是指各力的作用线都在同一 平面内的力系。
在平面力系中，若各力的作用线交于一点， 则称为平面汇交力系(图2.1)；
若各力的作用线相互平行，则称为平面平 行力系(图2.2)；
若各力的作用线既不完全交于一点也不完 全相互平行，则称为平面一般力系(图2.3)。
【解】建立直角坐标系Oxy如图所示，根据式(2.3)计 算合力R在x轴和y轴上的投影为
研究力系的合成与平衡问题通常有两种方 法，即几何法和解析法。
图2.1
图2.2
图2.3
一、平面汇交力系
1、概述
各力的作用线全部汇交于一点的力系。
Ｆ３ Ｆ２
Ｆ１
2、力在坐标轴上的投影
力F在坐标轴上的投影向
量即为坐标轴方向的分力 。
投影数值：
Fx=Fcos
Fy=Fcosβ
投影 Fx
X
F
a b
FRx
Fx
4、平面汇交力系平衡方程及其应用
由几何法, 平面汇交力系平衡条件为
ＦＲ=0
思考：
因：
平衡力系各力
FR FR2x FR2y 在( 任一Fx轴)2的投( 影代F数y )2 和是否为零？
（2）力的解析 y
对正交坐标系
合力:
FR FR2x FR2y Fx )2 ( Fy )2
方向:
tg FRy cFoys
FRx
FRx
Fx
(FRx )2 (FRy )2
合力方向——由 和FRx、FRy符号(确定象限)判定 ——FR与 x轴所夹锐角
300
P C
x
z
(a) B
P
FA
FC
FB
所谓平面力系是指各力的作用线都在同一 平面内的力系。
在平面力系中，若各力的作用线交于一点， 则称为平面汇交力系(图2.1)；
若各力的作用线相互平行，则称为平面平 行力系(图2.2)；
若各力的作用线既不完全交于一点也不完 全相互平行，则称为平面一般力系(图2.3)。
【解】建立直角坐标系Oxy如图所示，根据式(2.3)计 算合力R在x轴和y轴上的投影为
研究力系的合成与平衡问题通常有两种方 法，即几何法和解析法。
图2.1
图2.2
图2.3
一、平面汇交力系
1、概述
各力的作用线全部汇交于一点的力系。
Ｆ３ Ｆ２
Ｆ１
2、力在坐标轴上的投影
力F在坐标轴上的投影向
量即为坐标轴方向的分力 。
投影数值：
Fx=Fcos
Fy=Fcosβ
投影 Fx
X
F
a b
FRx
Fx
4、平面汇交力系平衡方程及其应用
由几何法, 平面汇交力系平衡条件为
ＦＲ=0
思考：
因：
平衡力系各力
FR FR2x FR2y 在( 任一Fx轴)2的投( 影代F数y )2 和是否为零？
电子课件-《汽车机械基础(第二版)》-B24-1409 模块七 材料力学基础 课题四 扭转
模块七 材料力学基础
图7—4—3 轴的扭转变形
可以看出，这些受力构件的共同特点是：构 件为等直圆杆，并在垂直于杆件轴线的平面内作 用有力偶。在这种情况下，杆件各横截面绕轴线 作相对转动（图7-4-3）。这种变形形式称为扭转， 凡是以扭转变形为主要变形的构件称为轴。
模块七 材料力学基础
二、扭转时横截面上的内力 1．扭矩
若把图7-4-4a中的主动轮改放在中间（图7-4-5a），此 时作出的扭矩图如图7-4-5b所示。这样布置皮带轮，轴上 的最大扭矩将降低为 60N m ，显然，图7-4-6的布局是 比较合理的。
图7—4—6 把图7—4—4a中的主动轮改放在中间的扭矩
模块七 材料力学基础
2．扭矩图
为了清楚地看出各截面扭矩的变化情况，以便确定危险 截面，通常把扭矩随截面位置的变化绘成图形，称为扭矩图。 扭矩图的绘制是以横坐标表示截面位置，以纵坐标表示相应 截面的扭矩。把上面的计算结果按适当比例绘于图上，即得 扭矩图如图7-4-6d所示。从扭矩图上可以明显看出危险截面 在轴的AB段，最大扭矩 Mmax M1 110N m 。
模块七 材料力学基础
一、扭转的概念
图7—4—2 汽车底盘下的传动轴的扭转变形
如图7-4-2所示传动轴，在其两端垂直于杆件轴线的 平面内，作用一对大小相等、方向相反的力偶。在上述 力偶作用下，传动轴各横截面绕杆件轴线作相对转动。 又如汽车转向轴，驾驶员通过转向盘把力偶作用于转向 轴的一端，而转向轴的另一端则又受到来自转向器的阻 抗力偶的作用。
求得：M 1 M n1 0 所以 M n1 M 1 同样，在轴的BC段内，扭矩为（图7-4-4c）：
m 0
M1 M 2 M n2 0
故
M n2 M1 M 2
汽车机械基础(第一章)ppt课件
顺序表示试验条件：压头球体直径（㎜）、试验载荷 （Kg·f）、试验载荷保持时间（S）（10～15S不标注）。
例200 HBS10/1000/30
34
洛氏硬度
测试原理：采用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为 1.588mm的淬火钢球作为压头。如图所示。试验时先施加初载 荷，使压头与试样表面接触良好，保证测量准确，再施加主载 荷，保持到规定的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深度来确 定材料的硬度值。
39
疲劳试验
40
疲劳曲线
疲劳强度σ-1是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断 裂的最大应力，其大小与应力变化的次数有关。对于黑色金属 规定循环次数为107次，有色金属循环次数为108次。
41
疲劳失效原因分析:由于材料表面或内部存在有划痕、尖 角、夹杂等缺陷，这些有缺陷部位的局部应力大于屈服 点，会产生局部变形引起微裂纹，成为疲劳源，随着应 力循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展，使零件承载的横 截面大大减少，以至于不能承受载荷而突然断裂。
3
第一讲 材料科学简介
汽车上常用的材 料有哪些？
4
第一讲 材料科学简介 1.材料与人类生活 材料是人类生产和生活所必需的物质，人类社 会的发展伴随着各种材料的不断开发和利用。 人们按照在使用中占主导地位的材料划分历史： 石器时代→陶器→青铜器→铁器→钢铁→合成材 料→复合材料。
5
2.材料在的现代科技中的地位
30
塑性材料：断裂前有明显的塑性变形，称为塑性 断裂，塑性断裂的断口呈“杯锥”状。如低碳钢。
脆性材料：在断裂前未发生明显的塑性变形，为 脆性断裂，断口是平整的。如铸铁、玻璃等。
不同类型的材料，其σ-ε曲线有很大差异。反映出 其所具有不同的抗拉性能特点。
例200 HBS10/1000/30
34
洛氏硬度
测试原理：采用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为 1.588mm的淬火钢球作为压头。如图所示。试验时先施加初载 荷，使压头与试样表面接触良好，保证测量准确，再施加主载 荷，保持到规定的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深度来确 定材料的硬度值。
39
疲劳试验
40
疲劳曲线
疲劳强度σ-1是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断 裂的最大应力，其大小与应力变化的次数有关。对于黑色金属 规定循环次数为107次，有色金属循环次数为108次。
41
疲劳失效原因分析:由于材料表面或内部存在有划痕、尖 角、夹杂等缺陷，这些有缺陷部位的局部应力大于屈服 点，会产生局部变形引起微裂纹，成为疲劳源，随着应 力循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展，使零件承载的横 截面大大减少，以至于不能承受载荷而突然断裂。
3
第一讲 材料科学简介
汽车上常用的材 料有哪些？
4
第一讲 材料科学简介 1.材料与人类生活 材料是人类生产和生活所必需的物质，人类社 会的发展伴随着各种材料的不断开发和利用。 人们按照在使用中占主导地位的材料划分历史： 石器时代→陶器→青铜器→铁器→钢铁→合成材 料→复合材料。
5
2.材料在的现代科技中的地位
30
塑性材料：断裂前有明显的塑性变形，称为塑性 断裂，塑性断裂的断口呈“杯锥”状。如低碳钢。
脆性材料：在断裂前未发生明显的塑性变形，为 脆性断裂，断口是平整的。如铸铁、玻璃等。
不同类型的材料，其σ-ε曲线有很大差异。反映出 其所具有不同的抗拉性能特点。
汽车机械基础课件 项目四 材料力学基础
任务二 轴向拉伸和压缩
一、轴向拉伸与压缩的概念
工程实际中，经常遇到承受拉伸或压缩的杆件，如汽车发动机中的连杆、气缸体与气缸
盖的连接螺栓、螺旋千斤顶的螺杆等。这些杆件形状不同，加载和连接方式各异，但所受外
力的合力与轴线重合，杆件发生拉伸或压缩变形，都可以简化为计算简图。
虽然这些杆件的形状和加载方式并不相同，但杆长的主要部分却有着相同的特点，即都
为FN，FN表示右段对左段的作用，如图（b）所示。由左段的平衡方程 σ = 0 得:FN=F ， 如果取右端
为研究对象，如图（c）所示，所得结果相同，即F’N=F
由共线力系的平衡条件可知，因外力F作用线与杆件的轴线重合，所以内力FN的作用线必然沿杆件的
轴线方向，这种内力称为轴力，常用FN表示。由图可知，F’N和FN是作用力与反作用力的关系。对同
杆件的几何特征有：杆的横截面垂直于杆件长度方向的截面、杆件截面形心的连
线即为轴线。杆件受力形式不同，发生的变形也各异，下面介绍基本分类。
任务一 承载能力分析的基础知识
三、杆件变形的基本形式
1．轴向拉伸与压缩
如图1所示为轴向拉伸与压缩是由大小相等
、方向相反、作用线与杆件轴线重合的对力
所引起。
图1 轴的拉伸与压缩
律及其应用；
掌握载荷、剪力和弯矩之间
的微分关系；
理解圆轴扭转的概念。
实践目标
能按根据汽车的实际情况应用
轴向拉、压时正应力强度条件；
能够绘制汽车不同构件的剪力
图、弯矩图；
能够运用正应力强度条件进行
强度计算；
能正确的计算汽车构件中圆轴
扭转的内力、应力和强度。
3
素养目标
培养学生树立理论联系实
《汽车机械基础》课件
2. 发动机的工作循环：介绍发动机的工作过程 ，包括吸气、压缩、做功和排气四个冲程，以 及这些冲程中能量的转化和利用。
3. 发动机的性能指标：讲解发动机的功率、扭 矩、燃油经济性等性能指标，并介绍如何通过 这些指标评估发动机的性能。
4. 常见类型和特点：介绍汽油机和柴油机的区 别和特点，以及不同类型发动机的应用场景和 优缺点。
智能辅助驾驶技术
智能辅助驾驶技术通过提供驾驶 辅助，减轻了驾驶者的负担，提 高了驾驶舒适性。
V2X通信技术
V2X通信技术使得车辆与周围环境 、其他车辆及交通设施实现信息交 互，提高了行车安全性和交通效率 。
车联网技术
车际通信技术
车际通信技术使得车辆之间可以进行信息交互，为自动驾驶和智能驾驶提供 了更高效和安全的支持。
《汽车机械基础》课件
2023-10-30
contents
目录
• 汽车机械基础概述 • 汽车机械基础核心概念 • 汽车机械基础理论知识 • 汽车机械基础实验与实践 • 汽车机械基础前沿技术与发展趋势 • 汽车机械基础课程建设与教学改革
01
汽车机械基础概述
汽车机械的发展历程
古代马车时代 内燃机的诞生与汽车的出现
液压控制阀
控制液体的流量、压力等参数，实现液压系统的各种动作。
04
汽车机械基础实验与实践
汽车发动机拆装实验
• 总结词：通过拆装实验，学生可以深入了解汽车发动机的构造和工作原理，提高实际操作技能，为今后的 学习和职业发展打下坚实的基础。
• 详细描述 • 实验目的：通过拆装实验，使学生深入了解汽车发动机的构造和工作原理，提高实际操作技能，为今后的
4. 类型和特点：介绍轿车、SUV、跑车等不同 类型车身的特点和应用场景，以及不同类型车 身的优缺点。
电子课件-《汽车机械基础(第二版)》-B24-1409 模块七 材料力学基础 课题二 拉伸与压缩
A
2．选择杆件截面尺寸
A N
[ ]
3．决定承载能力 N [ ]A
模块七 材料力学基础
一、填空题 1.受轴向拉伸或压缩的杆件，其受力特点是： ；基变形特点是：
。
2.构件在外力作用下，
称为应力；如果拉（压）杆的应力垂直横截
面，则该应力称为 ；应力的国际单位制为 。
3.拉（压）杆的原长L、变形后的长度L1和绝对变形 三者之间的关系式为
图7-2-2 拉伸（压缩）变形
模块七 材料力学基础
2．内力 对于所研究的构件来说，其他构件作用于其上的力均为外力。
构件受到外力作用而变形时，构件内部相连两部分的相互作用力称为 内力。内力的大小及其在构件内的分布方式会影响构件的强度、刚度 和稳定性，所以，正确分析内力是解决构件强度、刚度和稳定性问题 的基础。求解构件内力一般采取截面法。
LL（7-2-3）
对于拉杆， 为正值；对于压杆， 为负值。 为一无量纲的 量，通常用百有关拉伸或压缩的强度条件的应用
为了保证拉（压）杆不致因强度不够而破坏，必须 使其工作应力不超过材料的许用应力，即：
N [ ]
A
（7-2-4）
1．校核强度
N [ ]
；杆件的相对变形 的计算式为
。
模块七 材料力学基础
二、选择题 1．如图7-2-8所示三杆件尺寸、形状、材料均相同，所受载荷P的大小及方向也
都相同，只是作用点不同，则三根直杆的内力及变形情况为：（ ）。 A．三根直杆的内力相同 B．三根直杆的变形相同 C．三根直杆的内力及变形均各不相同
图7-2-8 杆件受力比较
模块七 材料力学基础
3．截面法求杆件的轴力
如图7-2-3所示，用截面假象地把杆件分成两 部分，以显示并确定内力的方法称为截面法。截 面法是杆件基本变形中求内力的普遍方法。截面 法求内力的步骤如下：
2．选择杆件截面尺寸
A N
[ ]
3．决定承载能力 N [ ]A
模块七 材料力学基础
一、填空题 1.受轴向拉伸或压缩的杆件，其受力特点是： ；基变形特点是：
。
2.构件在外力作用下，
称为应力；如果拉（压）杆的应力垂直横截
面，则该应力称为 ；应力的国际单位制为 。
3.拉（压）杆的原长L、变形后的长度L1和绝对变形 三者之间的关系式为
图7-2-2 拉伸（压缩）变形
模块七 材料力学基础
2．内力 对于所研究的构件来说，其他构件作用于其上的力均为外力。
构件受到外力作用而变形时，构件内部相连两部分的相互作用力称为 内力。内力的大小及其在构件内的分布方式会影响构件的强度、刚度 和稳定性，所以，正确分析内力是解决构件强度、刚度和稳定性问题 的基础。求解构件内力一般采取截面法。
LL（7-2-3）
对于拉杆， 为正值；对于压杆， 为负值。 为一无量纲的 量，通常用百有关拉伸或压缩的强度条件的应用
为了保证拉（压）杆不致因强度不够而破坏，必须 使其工作应力不超过材料的许用应力，即：
N [ ]
A
（7-2-4）
1．校核强度
N [ ]
；杆件的相对变形 的计算式为
。
模块七 材料力学基础
二、选择题 1．如图7-2-8所示三杆件尺寸、形状、材料均相同，所受载荷P的大小及方向也
都相同，只是作用点不同，则三根直杆的内力及变形情况为：（ ）。 A．三根直杆的内力相同 B．三根直杆的变形相同 C．三根直杆的内力及变形均各不相同
图7-2-8 杆件受力比较
模块七 材料力学基础
3．截面法求杆件的轴力
如图7-2-3所示，用截面假象地把杆件分成两 部分，以显示并确定内力的方法称为截面法。截 面法是杆件基本变形中求内力的普遍方法。截面 法求内力的步骤如下：
汽车机械基础-课件2
单元小结
1.金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两大类。 2.使用性能包括力学性能、物理性能、化学性能。 3.材料的力学性能指标σe、σs、σ0．2、σb、σ-1、δ、HBW、HRC是汽车 零件设计、制造、使用的重要依据。 4.金属材料的硬度常用布氏硬度值和洛氏硬度值表示。 5.材料的工艺性能包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、切削加 工性能、热处理性能等。
单元小结
6.液态纯铁在1538℃进行结晶，得到具有体心立方晶格的δ-Fｅ；δ-Fｅ继续冷 却到1394℃时发生同素异构转变，称为面心立方晶格的γ-Fｅ；γ-Fｅ再冷却到 912℃时又发生一次同素异构转变，成为体心立方晶格的α-Fｅ。
单元3 铁 碳 合 金
课题1 合 金 结 构 课题2 铁碳合金基本组织 课题3 铁碳合金相图 课题4 典型铁碳合金冷却结晶分析 课题5 铁碳合金成分、组织、性能的关系 课题6 非合金钢(碳素钢)
课题2 铁碳合金基本组织
3.机械混合物
(1)珠光体(P) 珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物，用符号P 表示。 (2)莱氏体(Ld)
1)高温莱氏体，由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示。 2)低温莱氏体，由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld′表示。
表3-1 铁碳合金基本相的力学性能
课题3 铁碳合金相图
3.白口铸铁
(1)亚共晶白口铸铁 2.11％<wC<4.3% (2)共晶白口铸铁 wC＝4.3％ (3)过共晶白口铸铁 4.3％<wC<6.69%
课题4 典型铁碳合金冷却结晶分析
二、典型铁碳合金的结晶过程分析
1.共析钢结晶过程分析 2.亚共析钢冷却过程分析 3.过共析钢冷却过程分析
１.共析钢结晶过程分析
(2)S点为共析点 合金在平衡结晶过程中冷却到727℃时，Ｓ点成分的Ａ发 生共析反应，生成P点成分F和Fe3C。
汽车机械基础课件ppt
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
第一篇 汽车常用构件
力学分析
汽车机械基础第2版 高职高专 ppt 课件
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
任意个汇交力合成的矢量式：
结论：
FR= F1+ F2+…+ Fn=∑Ｆ
1、在一般情况下，平面汇交力系合成的结果是 一个合力
2、合力的作用线通过力系的汇交点
3、合力的大小和方向由力多边形的封闭边表示 ，等于力系中各力的矢量和。
第一章汽车常用构件力学分析
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
▪
cosα FRX
FRY
或
cosβ FRY
FR
第一章汽车常用构件力学分析
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
平面汇交力系合成的解析法
方法步骤： ▪ 建立适当的坐标系； ▪ 求出力系中各分力在两坐标轴上的投影FX1、FX2…
FR
F4
F2
F1
第一章汽车常用构件力学分析
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
任意个汇交力的合成:
上图中，中间合力FR12，FR123…可省略不画，只要 将力系中各力F1，F2，F3…Fn依次首尾相接形成一 条折线，则由第一个力的始端指向最后一个力未
第一篇 汽车常用构件
力学分析
汽车机械基础第2版 高职高专 ppt 课件
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
任意个汇交力合成的矢量式：
结论：
FR= F1+ F2+…+ Fn=∑Ｆ
1、在一般情况下，平面汇交力系合成的结果是 一个合力
2、合力的作用线通过力系的汇交点
3、合力的大小和方向由力多边形的封闭边表示 ，等于力系中各力的矢量和。
第一章汽车常用构件力学分析
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
▪
cosα FRX
FRY
或
cosβ FRY
FR
第一章汽车常用构件力学分析
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
平面汇交力系合成的解析法
方法步骤： ▪ 建立适当的坐标系； ▪ 求出力系中各分力在两坐标轴上的投影FX1、FX2…
FR
F4
F2
F1
第一章汽车常用构件力学分析
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
任意个汇交力的合成:
上图中，中间合力FR12，FR123…可省略不画，只要 将力系中各力F1，F2，F3…Fn依次首尾相接形成一 条折线，则由第一个力的始端指向最后一个力未
汽车机械基础—材料力学PPT课件
变与切应力τ成正比，这
各向同性材料， 三个弹性常数之间的 关系：
个关系称为剪切胡克定律 。
G E
2(1 )
§3.4 圆轴扭转时的应力
1.变形几何关系
Me
Me
pq
观察变形：
x
圆周线长度形状不变，各圆周线间 距离不变，只是绕轴线转了一个微小角 度；纵向平行线仍然保持为直线且相互 平行，只是倾斜了一个微小角度。
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
m
F m
F
FN
FN
Fx 0
FN F 0 FN F
2、轴力：截面上的内力
F
由于外力的作用线
与杆件的轴线重合，内
力的作用线也与杆件的
轴线重合。所以称为轴
力。 F 3、轴力正负号：
拉为正、压为负
4、轴力图：轴力沿杆 件轴线的变化
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
F4
25 CD段
FN 2 F1 F2 10 20 10kN
Fx 0
FN 3 F4 25kN
x 2、绘制轴力图。
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
杆件的强度不仅与轴力有关，还与横截面面 积有关。必须用应力来比较和判断杆件的强度。
在拉（压）杆的横截面上，与轴
力FN对应的应力是正应力 。根据连
min
57.6kN
176.7kNmin 57.6kN
目录
§2.12 应力集中的概念
常见的油孔、沟槽 等均有构件尺寸突变， 突变处将产生应力集中 现象。即
K max
理论应力 集中因数
1、形状尺寸的影响：
尺寸变化越急剧、角 越尖、孔越小，应力集中 的程度越严重。
各向同性材料， 三个弹性常数之间的 关系：
个关系称为剪切胡克定律 。
G E
2(1 )
§3.4 圆轴扭转时的应力
1.变形几何关系
Me
Me
pq
观察变形：
x
圆周线长度形状不变，各圆周线间 距离不变，只是绕轴线转了一个微小角 度；纵向平行线仍然保持为直线且相互 平行，只是倾斜了一个微小角度。
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
m
F m
F
FN
FN
Fx 0
FN F 0 FN F
2、轴力：截面上的内力
F
由于外力的作用线
与杆件的轴线重合，内
力的作用线也与杆件的
轴线重合。所以称为轴
力。 F 3、轴力正负号：
拉为正、压为负
4、轴力图：轴力沿杆 件轴线的变化
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
F4
25 CD段
FN 2 F1 F2 10 20 10kN
Fx 0
FN 3 F4 25kN
x 2、绘制轴力图。
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
杆件的强度不仅与轴力有关，还与横截面面 积有关。必须用应力来比较和判断杆件的强度。
在拉（压）杆的横截面上，与轴
力FN对应的应力是正应力 。根据连
min
57.6kN
176.7kNmin 57.6kN
目录
§2.12 应力集中的概念
常见的油孔、沟槽 等均有构件尺寸突变， 突变处将产生应力集中 现象。即
K max
理论应力 集中因数
1、形状尺寸的影响：
尺寸变化越急剧、角 越尖、孔越小，应力集中 的程度越严重。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 上式称为轴向拉压时的正应力公式，它表明在稍远离外力作用点的 截面上，正应力均匀分布。
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 2.轴向拉压时的强度条件 • 当应力不超过材料的能力时，构件不发生破坏，构件不破坏的条件
称为强度条件。对于轴向拉压杆件的强度条件为
• 应用强度条件，可以解决强度校核、设计截面和确定许可荷载等三 类问题。
名义剪应力和挤压应力计算如下
τ=Q / A
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 式中，Q为横截面上的剪力;A为剪切面积。 • • 式中，F为挤压力;A为挤压面的投影面积。 • 2.剪切强度计算 • 为了使受剪构件能安全可靠地工作，应将构件中的工作应力限制在材
料的许可应力之内，由此得出了剪切和挤压的强度条件
• 杆件在工作过程中的变形无论有多复杂，都可以看成是由一些基本 变形所组成的。
上一页 下一页 返回
8. 1杆件变形的基本概念
• 外力的作用方式不同时，杆件变形的形式也就不同，杆件变形的基 本形式(表8-1)有如下四种:①拉伸和压缩;②剪切;③扭转;④弯曲。
• 杆件变形的形式，除了上面的基本形式以外，还有复杂的形式，但 是总可以把它看作是由以上集中基本变形组合而成的。
•
m=9 549 P /n
• 由上式可以看出，当轴的功率P一定时，转速n越大，则转矩m越 小。反之，转速越低，则转矩越大。
• 2. 扭矩的求法
上一页 下一页 返回
8.2杠杆内力
• 8.2.3梁横截面上的内力—剪力和弯矩
• 1.单跨梁分类 • 工程上按照梁的支座形式不同将其分为三类，如图8-4(a)所示。 • (1)简支梁。梁的一端可简化为固定铰支座，另一端可简化为活动
• 8.1.1变形固体假设
• 对变形固体，材料力学有以下两个假定。 • 各向同性假定:大多数工程材料虽然微观晶粒结构上各向异性，但
它们形成材料时，呈随机取向，在宏观上表现为在各个方向上均具有 相同的物理和力学性能，因而假定这样的材料各向同性，否则称为各 向异性。
下一页 返回
8. 1杆件变形的基本概念
• 均匀连续性假定:实际材料的微观结构并不是处处均匀连续的，但 是，当所考察的物体是宏观尺度的，可以假定所考察的物体内部体积 内，材料在各处是均匀、连续分布的。
• 8.1.2杠杆变形的基本形式
• 在进行静力平衡计算时，将变形物体当成刚体来对待，既方便计算， 又不致引起较大误差。而材料力学研究构件的承载能力，因而研究对 象不再是刚体，而是变形固体，但工程构件的变形大都十分微小，本 章所涉及的构件变形均为小变形。
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 实验表明，对于一般钢材，材料的许用剪应力[τ]与许用拉应力[σ] 有如下关系。
• 塑性材料:
• 8.3.4扭转时横截面上的应力
• 1.剪应力及剪应力的分布 • 非圆截面在扭转过程中，横截面还要发生翘曲变形，比较复杂。这
甲只讨论圆截面的扭转。
上一页 下一页 返回
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 式中，Iρ为截面的极惯性矩;Wp为抗扭截面系数，它们都是只与横 截面的形状有关的几何量。
• 与实心圆轴截面相比较，圆环截面上的剪应力大小分布仍为线性分 布，如图8-14(b)所示。最大剪应力发生在横截面的外圆周上，但内 圆周上的剪应力不等于零。方向仍垂直于半径，且与横截面相切。
铰支座。 • (2)外伸梁。梁的支座情况如简支梁，但梁的一端和两端可外伸。 • (3)悬臂梁。梁的一端自由，另一端为固定端支座。 • 作用于梁上的荷载可以简化为以下三种形式，如图8-4(b)所示。 • (1)集中力。指作用面积不大的横向力F。
上一页 下一页 返回
8.2杠杆内力
• (2)集中力偶。指作用面积不大的作用于梁轴平面内的外力偶M。 • (3)分布荷载。在梁的长度或全长上连续分布的横向力。如均匀分
• 同样，剪力、扭矩和弯矩都可以与应力通过积分建立联系。
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 8.3.2轴向拉压时横截面上的应力
• 1.轴向拉压时正应力公式 • 轴力N作用下，杆件横截面上仅存在正应力。通过拉伸试验可以观
察到，两相邻横截面间发生平行移动，说明横截面上各点伸长相同。 据此推断，截面上各点受力相同，即正应力σ均匀分布。
第八章 材料力学基础知识
• 8. 1杆件变形的基本概念 • 8. 2杆件内力 • 8. 3杆件应力 • 8. 4杆件变形
8. 1杆件变形的基本概念
• 在工程实际中，构件的形状是很多的，如果构件的长度远大于横向 尺寸，这样的构件就称为杆件。杆件各截面形心的连线称为轴线。若 杆的轴线为直线，且各截面都相等，则称为等截面直杆。除此以外， 还有变截面杆、曲杆等。本章中主要涉及的是等截面直杆。
• 2.扭转时剪切强度条件 • 为了保证轴在扭转时候能安全工作，必须使轴的最大剪应力τ max不
超过材料的许用剪应力，即
• 对于许用应力[τ]，可以通过材料试验结果和强度理论来确定。
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 应用这个强度条件，同样可以解决强度校核、设计截面和确定许可 荷载等三类问题。
• 8. 3.5 弯曲正应力
面的位置有关，可以用内力函数的形式表示，将内力的变化用图的方 式表达出来就是该内力的内力图，如轴力图、剪力图、弯矩图和扭矩 图等。 • 求内力的基本方法是截面法，下面介绍截面法求取各种基本变形下 的内力。
下一页 返回
8.2杠杆内力
• 8.2.1轴向拉压时的内力—轴力
• 1.截面法 • 如图8-1(a)所示，杆件在外力P作用下处于平衡状态。为了计算内
• 8.3.3剪切时的应力
• 1.剪应力和挤压应力
• 钢结构中的螺栓、铆钉抗剪连接中承受剪切作用(如图8-11所示)， 机械传动中的键也是如此。这些连接件都同时受到剪切与挤压作用， 剪切使得构件沿着剪切面有切断的破坏趋势，挤压使得连接件在接触 面上有压溃的破坏趋势。
• 这时应力在剪切面和挤压面上都不是均匀分布的，但为了便于计算，
• 正应力计算公式为
•
σ=M / I z ·y
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 式中，M为横截面上的弯矩;Iz为截面对z轴的惯性矩;y为距中性轴 的距离。以上有关纯弯曲的正应力公式，对于非纯弯曲，也是近似适 用的。还可以证明中性轴是通过截面的形心轴。
• 工程上最感兴趣的是横截面上的最大正应力，也就是横截面上到中 性轴最远处的正应力。若截面上下不对称，如T字形截面、槽形截面 等，则最大拉压应力不等值，具体计算时，需要区别对待。若截面上 下对称，则最大拉压应力数值相等。
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 如果用容易变形的材料，如橡胶、海绵，制成梁的模型，然后让梁 产生纯弯曲，如图8-19所示。可以看到梁弯曲后，一些层发生伸长变 形，另一些则会发生缩短变形，在伸长区与缩短区的交界处那一层， 既不伸长，也不缩短，称为梁的中性层。中性层与横截面的交线称为 中性轴。
• 正应力沿截面高度呈线性分布。如图8-20所示，在正弯矩作用下， 中性轴以下为拉应力，中性轴以上为压应力;在负弯矩作用下，中性 轴下部为压应力，中性轴以上为拉应力。
可以利用截面法将各杆段的轴力分别求出，轴力图可以清晰地表示出 全杆上轴力大小的变化规律及受拉或受压情况。
上一页 下一页 返回
8.2杠杆内力
• 8.2.2轴扭转时的内力—扭矩
• 1.外力矩
• 沿杆件长度作用的平衡力偶系(非共面力偶系)，称为外加转矩。这 时杆件产生扭转变形，杆横截面的内力称为扭矩。
• 对于旋转构件，工程上称为轴，若轴匀速转动，则力矩满足平衡关 系。设传递的功率为P (kw)，车令速为n( r/ min)，则由物理知识可 知转矩m (N·m)为
• 一般情形下的横截面上的内力，总可以分解为两种:作用线垂直于 截面和作用线位于截面内的，在微面积ΔA上的内力可以分解为垂直 于截面的ΔFN，与截面相切的ΔFQ。上述正应力和剪应力的定义可以 表示为下列极限表示式
下一页 返回
8.3杆件应力
• 横截面上内力分量与应力之间存在相互联系，如轴力等于正应力与 其作用的微面积乘积的积分
• (2)组合图形对形心的惯性矩Iz的计算，可以将图形分成若干个简单 图形，分别计算第i块面积对z轴的惯性矩，再求和，即
•
I z=∑ I zi
• 在计算第i块面积对i轴的惯性矩Izi的过程中，注意所求的轴是否是 第i块面积的形心轴，若不是形心轴，则还要用到平行移轴公式。
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 1.弯曲正应力的计算 • 所有外力都作用于梁的纵向对称平面上时，梁的轴线弯曲成平面曲
线，这一曲线位于外力作用平面内，如图8-17所纵向对称平面示的弯 曲称作平面弯曲。 • 一般情形下，平面弯曲时，梁的横截面上一般有剪力和弯矩两种内 力。如果横截面上只有弯矩时，这种平面弯曲称为纯弯曲。如图8-18 所示的外伸梁的AB段，剪力为零，只有弯矩。
• 2.梁弯曲时的强度条件 • 梁截面上的弯矩是随截面位置而变化的。因此，在进行梁的强度计
8.3杆件应力
• 圆截面在扭转过程中，任意两个横截面之间发生相对转动，截面间 的距离并不发生改变，所以横截面上只有剪应力，而无正应力。
• 剪应力在横截面上的分布规律如图8-13所示，任一点处的剪应力大 小与该点到圆心的距离成正比，方向垂直于该点与圆心的连线，指向 与扭矩T一致。
• 设某点到圆心的距离为ρ，则该点的剪应力的大小与ρ成正比，最 大剪应力发生在圆截面的外边缘上，即
• 3.应力集中 • 在工程实际的轴向拉压杆中，有时截面大小突变或轴上钻孔等，这
时应力不再均匀分布，而会有局部应力突然增大的现象出现，这一现 象称为应力集(如图8-10所示)。将应力的最大峰值与平均值之比定义 为应力集中系数，用a表示
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 2.轴向拉压时的强度条件 • 当应力不超过材料的能力时，构件不发生破坏，构件不破坏的条件
称为强度条件。对于轴向拉压杆件的强度条件为
• 应用强度条件，可以解决强度校核、设计截面和确定许可荷载等三 类问题。
名义剪应力和挤压应力计算如下
τ=Q / A
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 式中，Q为横截面上的剪力;A为剪切面积。 • • 式中，F为挤压力;A为挤压面的投影面积。 • 2.剪切强度计算 • 为了使受剪构件能安全可靠地工作，应将构件中的工作应力限制在材
料的许可应力之内，由此得出了剪切和挤压的强度条件
• 杆件在工作过程中的变形无论有多复杂，都可以看成是由一些基本 变形所组成的。
上一页 下一页 返回
8. 1杆件变形的基本概念
• 外力的作用方式不同时，杆件变形的形式也就不同，杆件变形的基 本形式(表8-1)有如下四种:①拉伸和压缩;②剪切;③扭转;④弯曲。
• 杆件变形的形式，除了上面的基本形式以外，还有复杂的形式，但 是总可以把它看作是由以上集中基本变形组合而成的。
•
m=9 549 P /n
• 由上式可以看出，当轴的功率P一定时，转速n越大，则转矩m越 小。反之，转速越低，则转矩越大。
• 2. 扭矩的求法
上一页 下一页 返回
8.2杠杆内力
• 8.2.3梁横截面上的内力—剪力和弯矩
• 1.单跨梁分类 • 工程上按照梁的支座形式不同将其分为三类，如图8-4(a)所示。 • (1)简支梁。梁的一端可简化为固定铰支座，另一端可简化为活动
• 8.1.1变形固体假设
• 对变形固体，材料力学有以下两个假定。 • 各向同性假定:大多数工程材料虽然微观晶粒结构上各向异性，但
它们形成材料时，呈随机取向，在宏观上表现为在各个方向上均具有 相同的物理和力学性能，因而假定这样的材料各向同性，否则称为各 向异性。
下一页 返回
8. 1杆件变形的基本概念
• 均匀连续性假定:实际材料的微观结构并不是处处均匀连续的，但 是，当所考察的物体是宏观尺度的，可以假定所考察的物体内部体积 内，材料在各处是均匀、连续分布的。
• 8.1.2杠杆变形的基本形式
• 在进行静力平衡计算时，将变形物体当成刚体来对待，既方便计算， 又不致引起较大误差。而材料力学研究构件的承载能力，因而研究对 象不再是刚体，而是变形固体，但工程构件的变形大都十分微小，本 章所涉及的构件变形均为小变形。
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 实验表明，对于一般钢材，材料的许用剪应力[τ]与许用拉应力[σ] 有如下关系。
• 塑性材料:
• 8.3.4扭转时横截面上的应力
• 1.剪应力及剪应力的分布 • 非圆截面在扭转过程中，横截面还要发生翘曲变形，比较复杂。这
甲只讨论圆截面的扭转。
上一页 下一页 返回
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 式中，Iρ为截面的极惯性矩;Wp为抗扭截面系数，它们都是只与横 截面的形状有关的几何量。
• 与实心圆轴截面相比较，圆环截面上的剪应力大小分布仍为线性分 布，如图8-14(b)所示。最大剪应力发生在横截面的外圆周上，但内 圆周上的剪应力不等于零。方向仍垂直于半径，且与横截面相切。
铰支座。 • (2)外伸梁。梁的支座情况如简支梁，但梁的一端和两端可外伸。 • (3)悬臂梁。梁的一端自由，另一端为固定端支座。 • 作用于梁上的荷载可以简化为以下三种形式，如图8-4(b)所示。 • (1)集中力。指作用面积不大的横向力F。
上一页 下一页 返回
8.2杠杆内力
• (2)集中力偶。指作用面积不大的作用于梁轴平面内的外力偶M。 • (3)分布荷载。在梁的长度或全长上连续分布的横向力。如均匀分
• 同样，剪力、扭矩和弯矩都可以与应力通过积分建立联系。
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 8.3.2轴向拉压时横截面上的应力
• 1.轴向拉压时正应力公式 • 轴力N作用下，杆件横截面上仅存在正应力。通过拉伸试验可以观
察到，两相邻横截面间发生平行移动，说明横截面上各点伸长相同。 据此推断，截面上各点受力相同，即正应力σ均匀分布。
第八章 材料力学基础知识
• 8. 1杆件变形的基本概念 • 8. 2杆件内力 • 8. 3杆件应力 • 8. 4杆件变形
8. 1杆件变形的基本概念
• 在工程实际中，构件的形状是很多的，如果构件的长度远大于横向 尺寸，这样的构件就称为杆件。杆件各截面形心的连线称为轴线。若 杆的轴线为直线，且各截面都相等，则称为等截面直杆。除此以外， 还有变截面杆、曲杆等。本章中主要涉及的是等截面直杆。
• 2.扭转时剪切强度条件 • 为了保证轴在扭转时候能安全工作，必须使轴的最大剪应力τ max不
超过材料的许用剪应力，即
• 对于许用应力[τ]，可以通过材料试验结果和强度理论来确定。
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 应用这个强度条件，同样可以解决强度校核、设计截面和确定许可 荷载等三类问题。
• 8. 3.5 弯曲正应力
面的位置有关，可以用内力函数的形式表示，将内力的变化用图的方 式表达出来就是该内力的内力图，如轴力图、剪力图、弯矩图和扭矩 图等。 • 求内力的基本方法是截面法，下面介绍截面法求取各种基本变形下 的内力。
下一页 返回
8.2杠杆内力
• 8.2.1轴向拉压时的内力—轴力
• 1.截面法 • 如图8-1(a)所示，杆件在外力P作用下处于平衡状态。为了计算内
• 8.3.3剪切时的应力
• 1.剪应力和挤压应力
• 钢结构中的螺栓、铆钉抗剪连接中承受剪切作用(如图8-11所示)， 机械传动中的键也是如此。这些连接件都同时受到剪切与挤压作用， 剪切使得构件沿着剪切面有切断的破坏趋势，挤压使得连接件在接触 面上有压溃的破坏趋势。
• 这时应力在剪切面和挤压面上都不是均匀分布的，但为了便于计算，
• 正应力计算公式为
•
σ=M / I z ·y
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 式中，M为横截面上的弯矩;Iz为截面对z轴的惯性矩;y为距中性轴 的距离。以上有关纯弯曲的正应力公式，对于非纯弯曲，也是近似适 用的。还可以证明中性轴是通过截面的形心轴。
• 工程上最感兴趣的是横截面上的最大正应力，也就是横截面上到中 性轴最远处的正应力。若截面上下不对称，如T字形截面、槽形截面 等，则最大拉压应力不等值，具体计算时，需要区别对待。若截面上 下对称，则最大拉压应力数值相等。
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 如果用容易变形的材料，如橡胶、海绵，制成梁的模型，然后让梁 产生纯弯曲，如图8-19所示。可以看到梁弯曲后，一些层发生伸长变 形，另一些则会发生缩短变形，在伸长区与缩短区的交界处那一层， 既不伸长，也不缩短，称为梁的中性层。中性层与横截面的交线称为 中性轴。
• 正应力沿截面高度呈线性分布。如图8-20所示，在正弯矩作用下， 中性轴以下为拉应力，中性轴以上为压应力;在负弯矩作用下，中性 轴下部为压应力，中性轴以上为拉应力。
可以利用截面法将各杆段的轴力分别求出，轴力图可以清晰地表示出 全杆上轴力大小的变化规律及受拉或受压情况。
上一页 下一页 返回
8.2杠杆内力
• 8.2.2轴扭转时的内力—扭矩
• 1.外力矩
• 沿杆件长度作用的平衡力偶系(非共面力偶系)，称为外加转矩。这 时杆件产生扭转变形，杆横截面的内力称为扭矩。
• 对于旋转构件，工程上称为轴，若轴匀速转动，则力矩满足平衡关 系。设传递的功率为P (kw)，车令速为n( r/ min)，则由物理知识可 知转矩m (N·m)为
• 一般情形下的横截面上的内力，总可以分解为两种:作用线垂直于 截面和作用线位于截面内的，在微面积ΔA上的内力可以分解为垂直 于截面的ΔFN，与截面相切的ΔFQ。上述正应力和剪应力的定义可以 表示为下列极限表示式
下一页 返回
8.3杆件应力
• 横截面上内力分量与应力之间存在相互联系，如轴力等于正应力与 其作用的微面积乘积的积分
• (2)组合图形对形心的惯性矩Iz的计算，可以将图形分成若干个简单 图形，分别计算第i块面积对z轴的惯性矩，再求和，即
•
I z=∑ I zi
• 在计算第i块面积对i轴的惯性矩Izi的过程中，注意所求的轴是否是 第i块面积的形心轴，若不是形心轴，则还要用到平行移轴公式。
上一页 下一页 返回
8.3杆件应力
• 1.弯曲正应力的计算 • 所有外力都作用于梁的纵向对称平面上时，梁的轴线弯曲成平面曲
线，这一曲线位于外力作用平面内，如图8-17所纵向对称平面示的弯 曲称作平面弯曲。 • 一般情形下，平面弯曲时，梁的横截面上一般有剪力和弯矩两种内 力。如果横截面上只有弯矩时，这种平面弯曲称为纯弯曲。如图8-18 所示的外伸梁的AB段，剪力为零，只有弯矩。
• 2.梁弯曲时的强度条件 • 梁截面上的弯矩是随截面位置而变化的。因此，在进行梁的强度计
8.3杆件应力
• 圆截面在扭转过程中，任意两个横截面之间发生相对转动，截面间 的距离并不发生改变，所以横截面上只有剪应力，而无正应力。
• 剪应力在横截面上的分布规律如图8-13所示，任一点处的剪应力大 小与该点到圆心的距离成正比，方向垂直于该点与圆心的连线，指向 与扭矩T一致。
• 设某点到圆心的距离为ρ，则该点的剪应力的大小与ρ成正比，最 大剪应力发生在圆截面的外边缘上，即
• 3.应力集中 • 在工程实际的轴向拉压杆中，有时截面大小突变或轴上钻孔等，这
时应力不再均匀分布，而会有局部应力突然增大的现象出现，这一现 象称为应力集(如图8-10所示)。将应力的最大峰值与平均值之比定义 为应力集中系数，用a表示