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1、03機械基礎第三章---直桿基本的變形一、軸向拉伸與壓縮時的變形特點實驗：§3-1直桿軸向拉伸與壓縮時的變形與應力分析FFabcd§3-1直桿軸向拉伸與壓縮時的變形與應力分析1.變形現(xiàn)象橫向線ab和cd仍為直線，且仍然垂直于軸線;結(jié)論：各纖維的伸長相同，所以它們所受的力也相同。2.平面假設變形前原為平面的橫截面，在變形后仍保持為平面，且仍垂直于軸線。二、內(nèi)力與應力1.內(nèi)力的分布均勻分布F?FN實驗設備：萬能材料試驗機。塑性材料：斷裂前產(chǎn)生較大塑性變形的材料,如低碳鋼等。脆性材料：斷裂前塑性變形很小的材料，如鑄鐵、石
2、料。低碳鋼：指含碳量0.3%以下的碳素鋼?！?-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)低碳鋼Q235的拉伸圖（F—△l曲線)一.低碳鋼拉伸時的力學性能(觀看動畫)§3-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)低碳鋼Q235的拉伸時的應力–應變曲線圖（?-?曲線）§3-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)低碳鋼Q235的拉伸時的應力–應變曲線圖（?-?曲線）§3-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)§3-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)低碳鋼的應力–應變曲線可分成四個階段：§3-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)彈性階段：由直線段oa和微彎段ab組成。oa段稱為比
3、例階段或線彈性階段。在此階段內(nèi)，材料服從胡克定律，即?=E?適用，a點所對應的應力值稱為材料的比例極限，并以“?p”表示。曲線ab段稱為非線彈性階段，只要應力不超過b點，材料的變形仍是彈性變形，所以b點對應的應力稱為彈性極限，以“?e”表示。屈服階段：bc段近似水平，應力幾乎不再增加，而變形卻增加很快，表明材料暫時失去了抵抗變形的能力。這種現(xiàn)象稱為屈服現(xiàn)象或流動現(xiàn)象。bc段最低點對應的應力稱為屈服極限或屈服點，以“?s”表示。Q235的屈服點ss=235MPa?！?-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)§3-2拉伸和壓縮時
4、材料的力學性質(zhì)在屈服階段，如果試樣表面光滑，試樣表面將出現(xiàn)與軸線約成45°的斜線，稱為滑移線。這是因為在45°斜面上存在最大切應力，材料內(nèi)部晶粒沿該截面相互滑移造成的。工程上一般不允許構(gòu)件發(fā)生塑性變形，并把塑性變形作為塑性材料失效的標志，所以屈服極限ss是衡量材料強度的重要指標。?！?-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)強化階段：過了屈服階段，材料又恢復了抵抗變形的能力，要使試件繼續(xù)變形必須再增加載荷，這種現(xiàn)象稱為材料的強化，故?-?曲線圖中的ce段稱為強化階段，最高點e點所對應的應力稱為材料的拉伸強度極限或抗拉強度，以
5、“?b”表示。它是材料所能承受的最大應力，所以?b是衡量材料強度的另一個重要指標。Q235的強度極限。頸縮階段：載荷達到最高值后，可以看到在試件的某一局部范圍內(nèi)的橫截面迅速收縮變細，形成頸縮現(xiàn)象。應力應變曲線圖中的ef段稱為頸縮階段?！?-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)試件拉斷后，彈性變形消失，只剩下殘余變形，殘余變形標志著材料的塑性。工程中常用延伸率?和斷面收縮率?作為材料的兩個塑性指標。分別為材料的兩個塑性指標一般把?>5%的材料稱為塑性材料，把?<5%的材料稱為脆性材料。低碳鋼的延伸率?=20％～30%，是典型
6、的塑性材料。截面收縮率?也是衡量材料塑性的重要指標，低碳鋼的截面收縮率?約為60%左右。冷作硬化：在常溫下將鋼材拉伸超過屈服階段，卸載后短期內(nèi)又繼續(xù)加載，材料的比例極限提高而塑性變形降低的現(xiàn)象?！?-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)§3-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)二.鑄鐵拉伸實驗（觀看動畫）鑄鐵是典型的脆性材料，其拉伸?-?曲線如圖所示，圖中無明顯的直線部分，但應力較小時接近于直線，可近似認為服從胡克定律。工程上有時以曲線的某一割線斜率作為彈性模量。鑄鐵拉伸時無屈服現(xiàn)象和頸縮現(xiàn)象，斷裂是突然發(fā)生的。拉伸強度極限（抗拉
7、強度）?b是衡量鑄鐵強度的唯一指標。1.低碳鋼的壓縮實驗（觀看動畫）三、材料在壓縮時的力學性質(zhì)低碳鋼壓縮時的彈性模量E、屈服極限?s都與拉伸時大致相同。屈服階段后，試件越壓越扁，橫截面面積不斷增大，試件不可能被壓斷，因此得不到壓縮時的強度極限。§3-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)其它脆性材料壓縮時的力學性質(zhì)大致同鑄鐵，工程上一般作為抗壓材料。破壞面大約為45°的斜面。2.鑄鐵的壓縮實驗（觀看動畫）§3-2拉伸和壓縮時材料的力學性質(zhì)應力集中系數(shù)Ｋ值取決于截面的幾何形狀與尺寸，截面尺寸改變越急劇，應力集中的程度就越嚴重。
8、因此，在桿件上應盡量避免帶尖角、槽或小孔，在階梯軸肩處，過渡圓弧的半徑以盡可能大些為好。塑性材料對應力集中不敏感，實際工程計算中可按應力均勻分布計算。脆性材料因無屈服階段，當應力集中處的最大應力?max達到強度極限?b時，該處首先產(chǎn)生裂紋。因此對應力集中十分敏感，必須考慮應力集中的影響。對于各種典型的應力集中情形，如洗槽、鉆孔和螺紋等，Ｋ的數(shù)值可查有關的機械
