机械基础第三章
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机械基础 第三章 直杆的基本变形
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
• 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。 • 受压的细长杆和薄壁构件，当所受载荷增加时，
可能失去平衡形态，这种现象称为丧失稳定。
实例见后
强度问题：具有足够的强度——规定荷载作用下不应破坏。
[提要] 湖南平 江普降特大暴雨，一 座120米长的三孔石 拱桥突然垮塌。目击 者称：一声巨响后桥 就塌了，桥上的摩托 车和人全部掉下去了， 一眨眼就看不到了。 湖南省公 路管理局养
护处相关负责人介绍， 13日8时50分左右， 上游一艘被洪水冲下 的沙船撞到桥墩，桥 随后垮塌。据初步排 查有9人落水，其中3 人获救，至今仍有6 人下落不明。
1、塑性 塑性是指材料在外力作用下，产生永久变形而不断裂的能力。 用伸长率和断面收缩率表示。 算式见教材P57(3-4)（3-5） 2、冷作硬化 在制造零件的过程中，对零件施加载荷使其产生塑性变形，则材料
的比例极限和屈服极限有所提高，但塑性下降的现象称为冷作硬 化。 如P57图3－15所示。 冷作硬化不利于机械零件的再加工。工程中，常用冷作硬化来提高 某些结构件的承载能力，如钢筋、链条、冷轧钢板、钢缆绳等。
2012年08月26日12:24 来源：中国新闻网
8-26特大交通事故致36死 国务院成立事故调查组
新华网西安8月26日电（记者陶明石志勇）记者26日10时从事故现场了解 到，陕西省延安市境内凌晨发生的特大交通事故确认共有36人死亡记者 了解到，发生事故的客车核载39人，实载39人。事故发生后有3人逃生。
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
应力 用内力除以杆件的截面积，即得到单 位面积上的内力称为应力。
见教材P53下部，单位换算
应力的单位为Pa（帕）， 1Pa=1N/m2。 在工程实际中， 通常用MPa（兆帕），
1MPa=106Pa=1N/mm2。
拉伸应力为正， 压缩应力为负。
满足稳定性要求——荷载作用下杆件能保持原有形态的平衡。
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析 在建高架桥发生倒塌
铁架倒塌
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
作用于构件上的外力形式不同， 构件产生的变形也不同。
把构件的变形简化为四种基本变形。 拉压、剪切、扭转、弯曲。
第三章 直杆的基本变形
3.2拉伸与压缩时材料的力学性能
受力特点：沿轴向作用一对等值、反向的拉力或 压力。
变形特点：杆件沿轴向伸长或缩短。这种变形称 为拉伸或压缩。
见下页图
第三章 直杆的基本变形
3.2拉伸与压缩时材料的力学性能 轴向拉伸与压缩
第三章 直杆的基本变形
3.2拉伸与压缩时材料的力学性能
• 1.剪切的概念 • 受力特点：作用于构件两侧面上的外力合力大小相等，
方向相反，且作用线相距很近。 • 变形特点：截面沿外力方向产生相对错动。 • 剪切面：相对错动的面。
第三章 直杆的基本变形 3.4 连接件的剪切与挤压
2.剪切和切应力：钢板在外力作用下发生剪切变形，在
零件内部产生一个抵抗变形的力，称为剪力。
剪力的单位是N (牛) 或kN(千牛)。剪力常用FQ表示。 切应力τ表示沿剪切面上应力分布的程度，即单位面积上所受到的
剪力。切应力的单位是 Pa（帕）或MPa（兆帕）。
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
二．内力与应力
内力：在外力作用下，构件产生变形，杆件材料内部产生 阻止变形的抗力，这种抗力称为内力。
内力是由外力引起的构件内部一部分对另一部分的作用力。
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。
求内力的过程为：切、取、代、平。
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析 第一节 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
杆件受拉伸与压缩时 必定产生伸长 或缩短的变形。
F 拉杆
如教材图3－7所示。
F
G
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
第三章 直杆的基本变形
8月24日拍摄的发生断裂的大桥和坠落车辆 新华社发
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
强度不够发生断裂（如暖气管爆裂等）
刚度问题：具有足够的刚度—荷载作用下的弹性变形不超过工程允许范围。
第三章 直杆的基本变形 3.1直杆轴向拉伸与Fra Baidu bibliotek缩时的变形与应力分析
刚度---抵抗变形
一．低碳钢拉伸与压缩时的力学性能
1、低碳钢拉伸时的力学性能
如P55图3－11所示， 为低碳钢拉伸时的 应力与应变曲线图。 分为几个阶段， 即弹性变形阶段、 屈服阶段、强化阶段和 缩颈阶段。 得出相应的 材料比例极限、弹性极限、 屈服极限和抗拉强度。
第三章 直杆的基本变形
3.2拉伸与压缩时材料的力学性能
拉力伸长曲线
第三章 直杆的基本变形
3.2拉伸与压缩时材料的力学性能
2、低碳钢压缩时的力学性能
如P56图3－13所示，为低碳钢压缩时的应力与应变曲线图。 也有相应的比例极限、弹性极限、屈服极限，与拉伸的应力与应变
曲线图相似。
第三章 直杆的基本变形
3.2拉伸与压缩时材料的力学性能 三．塑性与冷作硬化
2012年05月14日04:05 来源：新京报
湖南平江一大桥垮塌致6人失踪 过程仅几秒 (图)
2012年08月24日08:28 来源：新华社
哈尔滨阳明滩大桥发生断裂
哈尔滨阳明滩大桥发 生断裂 4车坠桥 已致3死5伤。 当日5时30分左右， 通车不到1年的 哈尔滨阳明滩大桥 发生断裂， 致使4辆大货车坠桥。 据消防部门消息， 目前已造成 3人死亡、 5人受伤。
（生活中与此类似：馒头等食物放置时间长皮硬）
第三章 直杆的基本变形
3.4 连接件的剪切与挤压 • 一、剪切
例：剪切钢板；在钢板上冲圆孔；两块钢板用铆钉相连接；两块钢 板用焊缝相连接。
铆钉连接
工程实例
螺栓连接
销钉连接
平键连接
剪切钢板 钢板 刀刃
第三章 直杆的基本变形 3.4 连接件的剪切与挤压
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
• 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。 • 受压的细长杆和薄壁构件，当所受载荷增加时，
可能失去平衡形态，这种现象称为丧失稳定。
实例见后
强度问题：具有足够的强度——规定荷载作用下不应破坏。
[提要] 湖南平 江普降特大暴雨，一 座120米长的三孔石 拱桥突然垮塌。目击 者称：一声巨响后桥 就塌了，桥上的摩托 车和人全部掉下去了， 一眨眼就看不到了。 湖南省公 路管理局养
护处相关负责人介绍， 13日8时50分左右， 上游一艘被洪水冲下 的沙船撞到桥墩，桥 随后垮塌。据初步排 查有9人落水，其中3 人获救，至今仍有6 人下落不明。
1、塑性 塑性是指材料在外力作用下，产生永久变形而不断裂的能力。 用伸长率和断面收缩率表示。 算式见教材P57(3-4)（3-5） 2、冷作硬化 在制造零件的过程中，对零件施加载荷使其产生塑性变形，则材料
的比例极限和屈服极限有所提高，但塑性下降的现象称为冷作硬 化。 如P57图3－15所示。 冷作硬化不利于机械零件的再加工。工程中，常用冷作硬化来提高 某些结构件的承载能力，如钢筋、链条、冷轧钢板、钢缆绳等。
2012年08月26日12:24 来源：中国新闻网
8-26特大交通事故致36死 国务院成立事故调查组
新华网西安8月26日电（记者陶明石志勇）记者26日10时从事故现场了解 到，陕西省延安市境内凌晨发生的特大交通事故确认共有36人死亡记者 了解到，发生事故的客车核载39人，实载39人。事故发生后有3人逃生。
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
应力 用内力除以杆件的截面积，即得到单 位面积上的内力称为应力。
见教材P53下部，单位换算
应力的单位为Pa（帕）， 1Pa=1N/m2。 在工程实际中， 通常用MPa（兆帕），
1MPa=106Pa=1N/mm2。
拉伸应力为正， 压缩应力为负。
满足稳定性要求——荷载作用下杆件能保持原有形态的平衡。
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析 在建高架桥发生倒塌
铁架倒塌
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
作用于构件上的外力形式不同， 构件产生的变形也不同。
把构件的变形简化为四种基本变形。 拉压、剪切、扭转、弯曲。
第三章 直杆的基本变形
3.2拉伸与压缩时材料的力学性能
受力特点：沿轴向作用一对等值、反向的拉力或 压力。
变形特点：杆件沿轴向伸长或缩短。这种变形称 为拉伸或压缩。
见下页图
第三章 直杆的基本变形
3.2拉伸与压缩时材料的力学性能 轴向拉伸与压缩
第三章 直杆的基本变形
3.2拉伸与压缩时材料的力学性能
• 1.剪切的概念 • 受力特点：作用于构件两侧面上的外力合力大小相等，
方向相反，且作用线相距很近。 • 变形特点：截面沿外力方向产生相对错动。 • 剪切面：相对错动的面。
第三章 直杆的基本变形 3.4 连接件的剪切与挤压
2.剪切和切应力：钢板在外力作用下发生剪切变形，在
零件内部产生一个抵抗变形的力，称为剪力。
剪力的单位是N (牛) 或kN(千牛)。剪力常用FQ表示。 切应力τ表示沿剪切面上应力分布的程度，即单位面积上所受到的
剪力。切应力的单位是 Pa（帕）或MPa（兆帕）。
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
二．内力与应力
内力：在外力作用下，构件产生变形，杆件材料内部产生 阻止变形的抗力，这种抗力称为内力。
内力是由外力引起的构件内部一部分对另一部分的作用力。
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。
求内力的过程为：切、取、代、平。
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析 第一节 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
杆件受拉伸与压缩时 必定产生伸长 或缩短的变形。
F 拉杆
如教材图3－7所示。
F
G
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
第三章 直杆的基本变形
8月24日拍摄的发生断裂的大桥和坠落车辆 新华社发
第三章 直杆的基本变形
3.1直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析
强度不够发生断裂（如暖气管爆裂等）
刚度问题：具有足够的刚度—荷载作用下的弹性变形不超过工程允许范围。
第三章 直杆的基本变形 3.1直杆轴向拉伸与Fra Baidu bibliotek缩时的变形与应力分析
刚度---抵抗变形
一．低碳钢拉伸与压缩时的力学性能
1、低碳钢拉伸时的力学性能
如P55图3－11所示， 为低碳钢拉伸时的 应力与应变曲线图。 分为几个阶段， 即弹性变形阶段、 屈服阶段、强化阶段和 缩颈阶段。 得出相应的 材料比例极限、弹性极限、 屈服极限和抗拉强度。
第三章 直杆的基本变形
3.2拉伸与压缩时材料的力学性能
拉力伸长曲线
第三章 直杆的基本变形
3.2拉伸与压缩时材料的力学性能
2、低碳钢压缩时的力学性能
如P56图3－13所示，为低碳钢压缩时的应力与应变曲线图。 也有相应的比例极限、弹性极限、屈服极限，与拉伸的应力与应变
曲线图相似。
第三章 直杆的基本变形
3.2拉伸与压缩时材料的力学性能 三．塑性与冷作硬化
2012年05月14日04:05 来源：新京报
湖南平江一大桥垮塌致6人失踪 过程仅几秒 (图)
2012年08月24日08:28 来源：新华社
哈尔滨阳明滩大桥发生断裂
哈尔滨阳明滩大桥发 生断裂 4车坠桥 已致3死5伤。 当日5时30分左右， 通车不到1年的 哈尔滨阳明滩大桥 发生断裂， 致使4辆大货车坠桥。 据消防部门消息， 目前已造成 3人死亡、 5人受伤。
（生活中与此类似：馒头等食物放置时间长皮硬）
第三章 直杆的基本变形
3.4 连接件的剪切与挤压 • 一、剪切
例：剪切钢板；在钢板上冲圆孔；两块钢板用铆钉相连接；两块钢 板用焊缝相连接。
铆钉连接
工程实例
螺栓连接
销钉连接
平键连接
剪切钢板 钢板 刀刃
第三章 直杆的基本变形 3.4 连接件的剪切与挤压