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1、第第1章章 拉伸压缩与拉伸压缩与剪切剪切2022/9/16第1页，共74页，编辑于2022年，星期一第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩1-1 轴向拉伸与压缩的概念和实例轴向拉伸与压缩的概念和实例1概念概念2022/9/16第2页，共74页，编辑于2022年，星期一轴向压缩：轴向缩短，横向变粗。轴向压缩：轴向缩短，横向变粗。轴向拉伸：轴向伸长，横向缩短。轴向拉伸：轴向伸长，横向缩短。第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第3页，共74页，编辑于2022年，星期一第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2实例实例2022/9/16第4页，共74页，编辑于2022年，
2、星期一第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第5页，共74页，编辑于2022年，星期一第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第6页，共74页，编辑于2022年，星期一第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩1-2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力定义：指由外力作用所引起的、物体内相邻部分之间定义：指由外力作用所引起的、物体内相邻部分之间分布内力系的合成（附加内力）。分布内力系的合成（附加内力）。1内力内力2022/9/16第7页，共74页，编辑于2022年，星期一F原有内力原有内力材料力学中的内力材料力学中的
3、内力F第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩F+FF附加内力附加内力2022/9/16第8页，共74页，编辑于2022年，星期一S SFX=0：FN-F=0；FN=F 2截面法、轴力截面法、轴力FIFFIIIFIIFNxxS SFX=0：-FN+F=0；FN=FFN截面法截面法切切取取代代替替平平衡衡第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩轴力的符号？轴力的符号？2022/9/16第9页，共74页，编辑于2022年，星期一轴力的正负规定轴力的正负规定:FN 0FNFNFN bL，铸铁抗压性能，铸铁抗压性能远远大于抗拉性能，断裂远远大于抗拉性能，断裂面为与轴向大致成面为与轴向大致成45o5
4、5o的滑移面破坏。的滑移面破坏。2.铸铁压缩铸铁压缩第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第50页，共74页，编辑于2022年，星期一思考题思考题用这三种材料制成同尺寸拉杆，请回答如下问题：哪种强度最好？哪种强度最好？哪种刚度最好？哪种刚度最好？哪种塑性最好？哪种塑性最好？请说明理论依据？请说明理论依据？三种材料的应力应变曲线如图，123e第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第51页，共74页，编辑于2022年，星期一失效：由于材料的力学行为而使构件丧失正常功能的现象。脆性材料拉脆性材料拉max=u拉=b拉塑性材料塑性材料max=u=s拉压构件材料
5、的失效判据：脆性材料压脆性材料压max=u压=b压第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩1-6 失效、安全因素和强度计算失效、安全因素和强度计算2022/9/16第52页，共74页，编辑于2022年，星期一I.材料的拉、压许用应力塑性材料：脆性材料：许用拉应力 其中，ns对应于屈服极限的安全因数其中，nb对应于拉、压强度的安全因数第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩 许用压应力 2022/9/16第53页，共74页，编辑于2022年，星期一II.拉(压)杆的强度条件其中：smax拉(压)杆的最大工作应力；s材料拉伸(压缩)时的许用应力。第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩202
6、2/9/16第54页，共74页，编辑于2022年，星期一III.关于安全因数的考虑（1）理论与实际差别理论与实际差别：考虑极限应力(s，0.2，b，bc)、横截面尺寸、荷载等的变异，以及计算简图与实际结构的差异。（2）足够的安全储备足够的安全储备：使用寿命内可能遇到意外事故或其它不利情况，也计及构件的重要性及破坏的后果。安全系数的取值：安全系数的取值：安全系数是由多种因素决定的。可从有关规范或设安全系数是由多种因素决定的。可从有关规范或设计手册中查到。在一般静载下，对于塑件材料通常取为计手册中查到。在一般静载下，对于塑件材料通常取为1.52.2；对；对于脆性材料通常取为于脆性材料通常取为3.0
7、 5.0，甚至更大。，甚至更大。第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第55页，共74页，编辑于2022年，星期一.强度计算的三种类型 (3)许可荷载的确定:FN,max=As (2)截面选择：(1)强度校核：第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第56页，共74页，编辑于2022年，星期一例例1-6-1 图示空心圆截面杆，外径图示空心圆截面杆，外径D20mm，内径，内径d15mm，承受轴向荷载，承受轴向荷载F20kN作用，材料的屈服应力作用，材料的屈服应力 s235MPa，安全因数，安全因数n=1.5。试校核杆的强度。试校核杆的强度。解：解：可见，
8、工作应力小于许用应力，说明杆件安全可见，工作应力小于许用应力，说明杆件安全。FFDd第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第57页，共74页，编辑于2022年，星期一例例1-6-2 图示三角架，杆AC由两根80 mm 80 mm7 mm等边角钢组成，杆AB由两根10号工字钢组成。两种型钢的材料均为Q235钢，s=170 MPa。试求许可荷载F。第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第58页，共74页，编辑于2022年，星期一解:(拉)（压）第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第59页，共74页，编辑于2022年，星期一计算各杆
9、的许可轴力由型钢表查出相应等边角钢和工字钢的横截面面积由强度条件 ；得各杆的许可轴力：杆AC的横截面面积：杆AB的横截面面积：第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩先按每根杆的许可轴力求各自相应的许可荷载：先按每根杆的许可轴力求各自相应的许可荷载：故故2022/9/16第60页，共74页，编辑于2022年，星期一例例1-6-3 试选择图示桁架的钢拉杆试选择图示桁架的钢拉杆DI的直径的直径d。已知：。已知：F=16 kN，=120 MPa。第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第61页，共74页，编辑于2022年，星期一DI钢拉杆所需直径：由于圆钢的最小直径为10 mm
10、，故钢拉杆DI采用f10圆钢。解:第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第62页，共74页，编辑于2022年，星期一由于杆件横截面骤然变化而引起的应力局部骤然增大。由于杆件横截面骤然变化而引起的应力局部骤然增大。第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩1-8 应力集中的概念应力集中的概念理论应力集中因数：理论应力集中因数：具有小孔的均匀受拉平板，具有小孔的均匀受拉平板，K3 K3。2022/9/16第63页，共74页，编辑于2022年，星期一应力集中对强度的影响应力集中对强度的影响塑性材料制成的杆件受静荷载情况下：荷载增大进入弹塑性极限荷载第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴
11、向拉伸和压缩2022/9/16第64页，共74页，编辑于2022年，星期一 均匀的脆性材料或塑性差的材料(如高强度钢)制成的杆件即使受静荷载时也要考虑应力集中的影响。非均匀的脆性材料，如铸铁，其本身就因存在气孔等引起应力集中的内部因素，故可不考虑外部因素引起的应力集中。塑性材料制成的杆件受静荷载时，通常可不考虑应力集中的影响。第一章第一章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩2022/9/16第65页，共74页，编辑于2022年，星期一第二章第二章 剪切剪切2-1 剪切和挤压实用计算剪切和挤压实用计算2022/9/16第66页，共74页，编辑于2022年，星期一1 1、受力特征、受力特征:2 2、变形
12、特征：、变形特征：一、一、剪切的实用计算剪切的实用计算第二章第二章 剪切剪切上刀刃上刀刃下刀刃下刀刃nnFFFFS剪切面剪切面2022/9/16第67页，共74页，编辑于2022年，星期一剪切实用计算中，假定剪切面上各点处的切应力相等，于是剪切实用计算中，假定剪切面上各点处的切应力相等，于是得剪切面上的名义切应力为：得剪切面上的名义切应力为：剪切强度条件剪切强度条件 剪切面为圆形时，其剪切面积为：剪切面为圆形时，其剪切面积为：对于平键对于平键 ，其剪切面积为：，其剪切面积为：第二章第二章 剪切剪切2022/9/16第68页，共74页，编辑于2022年，星期一例例2-1-1 2-1-1 如如图图
13、所所示示冲冲床床，F Fmaxmax=400kN=400kN，冲冲头头 400MPa400MPa，冲冲剪剪钢钢板板u u=360 MPa=360 MPa，设计冲头的最小直径值及钢板厚度最大值。，设计冲头的最小直径值及钢板厚度最大值。解解(1)(1)按冲头的压缩强度计算按冲头的压缩强度计算d d(2)(2)按钢板剪切强度计算按钢板剪切强度计算 t t第二章第二章 剪切剪切2022/9/16第69页，共74页，编辑于2022年，星期一例例2-1-2 图示装置常用来确定胶接处的抗剪强度，如已知破坏时的荷载为图示装置常用来确定胶接处的抗剪强度，如已知破坏时的荷载为10kN，试求胶接处的极限剪（切）应力
14、。，试求胶接处的极限剪（切）应力。胶缝胶缝30mm10mmFFSFSF解：解：第二章第二章 剪切剪切2022/9/16第70页，共74页，编辑于2022年，星期一FF挤压面挤压面FF压溃压溃(塑性变形塑性变形)挤压计算对联接件与被联接件都需进行挤压计算对联接件与被联接件都需进行挤压计算对联接件与被联接件都需进行挤压计算对联接件与被联接件都需进行二、挤压的实用计算二、挤压的实用计算 第二章第二章 剪切剪切2022/9/16第71页，共74页，编辑于2022年，星期一挤压强度条件挤压强度条件：挤压许用应力挤压许用应力：由模拟实验测定由模拟实验测定 挤压面为平面，计算挤压面就是该面挤压面为平面，计算
15、挤压面就是该面挤压面为弧面，取受力面对半径的投影面挤压面为弧面，取受力面对半径的投影面挤压应力挤压应力tdFbs挤压力挤压力计算挤压面计算挤压面Abs=td第二章第二章 剪切剪切2022/9/16第72页，共74页，编辑于2022年，星期一h/2bldOFSnnFsFbsFMennOMe校核键的剪切强度：校核键的剪切强度：校核键的挤压强度：校核键的挤压强度：例例2-1-3 图图示示轴轴与与齿齿轮轮的的平平键键联联接接。已已知知轴轴直直径径d=70mm，键键的的尺尺寸寸为为bhl=2012100mm，传传 递递 的的 力力 偶偶 矩矩 Me=2kNm，键键 的的 许许 用用 应应 力力t t=60MPa，bs=100MPa。试校核键的强度。试校核键的强度。强度满足要求强度满足要求第二章第二章 剪切剪切2022/9/16第73页，共74页，编辑于2022年，星期一例例2-1-4 电电瓶瓶车车挂挂钩钩由由插插销销联联接接，如如图图示示。插插销销材材料料为为2020钢钢，=30MPa，bs100MPa，直直径径d=20mm。挂挂钩钩及及被被联联接接的的板板件件的的厚厚度度分别为分别为t=8mm和和1.5t=12mm。牵引力牵引力F=15kN。试校核插销的强度。试校核插销的强度。第二章第二章 剪切剪切2022/9/16第74页，共74页，编辑于2022年，星期一