机械设计基础 力学基础

二、金属材料的力学性能
低碳钢拉伸时的力学性能
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标准试样 尺寸d0，L0
拉伸试验力-伸长量线图
消除尺寸影响：
精选ppt
F 应力 =F/A0 l 应变 =l/L0 8
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屈服阶段：bc段，不增大载荷 时，应变明显增大，失去抵抗 ，称为屈服现象，最低点c点应
力屈服极限s。 lim =s
强化阶段：cd段，增大变形，
需增大拉力，称为材料的强化
应力-应变线图
，最高点d点应力强度极限b。
颈缩阶段：de段，试件局部变
弹性阶段：Oa段+ab段，弹性 细，出现颈缩现象，继续变形
变形，a点应力比例极限，b点 所需拉力减小，e点试样断裂。
应力弹性极限。
精选ppt
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精选ppt
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铸铁拉伸时的力学性能
• 弹性变形无直线部分 • 无屈服现象和颈缩现象 • 断裂时强度极限不高，应变小
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例题：铁水包吊杆为矩形截面，尺寸如图。吊杆材料许用 应力[]=80MPa，铁水包自重8kN，最多可装30kN 重的铁水，试校核吊杆的强度。
精选ppt
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§3 剪切和挤压
FS——剪力，精F选—ppt—挤压力
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剪切强度
挤压强度
两个零件相互挤压时，被挤压面受挤压应力：
精选ppt
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精选ppt
2
3
对受载零件而言，零件的工作能力为承载能力，主要包 括强度和刚度两个方面。
强度：指零件在外载下抵抗断裂和塑性变形的能力。 刚度：指零件在外载下抵抗过大弹性变形的能力。
刚度不足影响强度
精选ppt 刚度不足影响加工精度
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二、机械零件变形的基本形式
1. 拉伸
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2. 压缩
精选ppt
4
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3. 挤压和剪切
4. 扭转
5. 弯曲
精百度文库ppt
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§2 轴的拉伸和压缩
一、横截面上的内力和应力
F F
F
F
受拉 拉伸变形
F
F
受压 压缩变形
精选ppt
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外力 内力
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根据内力并不能判断轴的强度。 应力：截面上单位面积所受内力。
平衡方程：ΣFx=0
FA=F
应力单位：MPa=N/mm2 精选根ppt 据应力也不能判断轴的强度7。
工业设计机械基础
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第三章 机械设计力学基础
§1 机械零件工作能力及变形形式
§2 轴的拉伸和压缩
§3 剪切和挤压
§4 圆轴的扭转
§5 弯曲
§6 疲劳强度概述
精选ppt
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§1 机械零件工作能力及变形形式
一、机械零件的工作能力 工作能力：机械零件不发生失效的安全工作限度。 失效：零件丧失工作能力或达不到设计要求。≠ 破坏 常见失效形式：断裂、塑性变形、疲劳破坏、表面磨损 、过大的弹性变形、连接松动、打滑等 。
精选ppt
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一、弯曲内力 F
简支梁 F 外伸梁
悬臂梁
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F
F
弯矩：M=FRAL1-F1(L1-a)
精选ppt 剪力：FS=FRA-F1
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24 弯矩正负：
AC段：
M(x)=FRAx (0≤x≤a)
CB段：
精选ppt
M(x)=FRAx-F(x-a) (a≤x≤L) =FRB(L-x) (a≤x≤L)
lim =b
精选ppt
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金属材料压缩时的力学性能
低碳钢受压
铸铁受压 精选铸ppt 铁抗压能力大于抗拉能力。12
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胡克定律和泊松比
低碳钢拉伸试验时，在比例极限内，应力与应变成正比。
E——弹性模量，碳钢一般E=190~210 GPa
精选ppt
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三、轴向拉压的强度条件
零件轴向拉压时要满足强度条件： < lim 塑性材料：lim= s，脆性材料：lim= b。
实际强度计算中，需留出一定安全裕度，引入许用应力[]。
S——安全系数，其取值要恰当，可查手册。
轴向拉压时的强度条件：
A——危险截面面积，mm2；
F——轴向力，N；
精选ppt ——应力，MPa。
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15 四、应力集中
零件截面突变的地方，应力急剧增大，即应力集中。
应力集中往往是零件破坏的根源，零件截面突变越 明显，应力集中越大，因精此选pp设t 计零件时应减少截面突变1。5
§4 圆轴的扭转
在外力偶矩作用下使轴发生绕轴线的转动，即扭转变形。
在物体对称两侧作用大小相等、方向相反的一对力。
精选ppt
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扭矩图
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扭矩正负：右手螺旋法则 拇指背离截面为正 拇指指向截面为负
精选ppt
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切应力分布如图，扭转强度条件为 ：
精选ppt
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§5 弯曲
外力垂直于杆件轴线，使轴 线由直线变为曲线，即弯曲变形 。 梁，载荷作用于纵向对称面。
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二、疲劳破坏 产生微小裂纹
表面光滑
微裂纹逐渐扩展
突然脆性断裂 疲劳断裂具有以下特征：
表面粗糙
最大应力远小于材料极限应力。 疲劳断口：无明显塑性变形的脆性突然断裂。 疲劳断裂是微观损伤累积到一定程度的结果。 断裂面累积损伤区：表精选面ppt光滑；折断区：表面粗糙。30
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25 二、弯曲应力与强度条件
强度条件为：
弯曲应力分布
抗弯截面系数Wz：
精选ppt
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§6 疲劳强度概述
一、载荷与应力的分类
载荷的分类
静载荷 载荷
变载荷
名义载荷 载荷
计算载荷
机器运转时载荷不均匀 ，分布也不均匀，故：
实际载荷>名义载荷
Fca=KF， Tca=KT， Pca=KP
K——载荷系精数选ppt
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应力的分类
静应力 应力
变应力
精选ppt
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r=1 静应力
r=0 脉动循环应力
r = -1 对称循环应力 精选ppt
非对称循环应力 28
F
n
a
σ 0
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a σ
0
t
静应力只能由静载荷产生， 变应力可能由变载荷或静载荷 t 产生。
在变应力下，零件的主要 精选pp失t 效形式为：疲劳破坏 29