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1、材料力学课件第三章扭转扭转的概念和定义扭转变形的计算扭转变形的分析材料在扭转中的性能扭转变形的能量关系目录01扭转的概念和定义0102扭转的定义在材料力学中，扭转是指材料受到扭矩作用而产生的剪切变形。扭转是指物体受到一对大小相等、方向相反、作用面与轴线垂直的力偶作用，使物体产生绕轴线的转动。扭转的特性扭矩与剪切变形的关系在材料力学中，扭矩与剪切变形之间存在一定的关系，即剪切模量。扭矩与转角的关系当物体受到扭矩作用时，转角与扭矩成正比关系。扭转变形的能量扭转变形需要消耗一定的能量，能量的大小与扭矩和转角有关。如车轮、齿轮等机械传动部件，在转动过程中会产生扭转变形，需要考虑到扭转变形对机械性能的影
2、响。机械传动桥梁和建筑结构在风、地震等自然力作用下会产生扭转变形，需要采取相应的措施来提高结构的抗扭性能。桥梁和建筑结构车辆和航空器的轮胎、起落架等部件在行驶或起降过程中会产生扭转变形，需要保证这些部件的抗扭性能。车辆和航空器扭转的应用02扭转变形的计算扭矩（M）是力和力臂的乘积，表示物体绕某点转动的阻力矩。计算公式为：M=Fd，其中F是作用在物体上的力，d是力臂（即转动点到力的垂直距离）。在材料力学中，扭矩是分析扭转变形和确定扭矩承载能力的关键参数。扭矩的计算国际单位制中，扭矩的单位是牛顿米（Nm），也常用公制单位如千克力米（Kgm）或达因米（Dm）。换算关系为：1Nm=1Kgm=100Dm
3、。扭矩的单位扭矩的测量可以通过扭力计、扭矩传感器等工具进行。扭力计通常由弹簧或应变片组成，通过测量弹簧的变形或应变片的电阻变化来计算扭矩。扭矩传感器则利用磁性原理或应变片技术来测量扭矩，常用于自动化测试和控制系统。扭矩的measurement03扭转变形的分析约束扭转杆件在受到约束时，在扭矩作用下发生的扭转变形。弯曲-扭转组合变形杆件在同时受到弯矩和扭矩作用时发生的扭转变形。自由扭转不受约束的杆件在扭矩作用下发生的扭转变形。扭转变形的分类基于弹性力学理论，通过求解弹性方程来分析扭转变形。弹性力学方法有限元方法实验方法利用有限元分析软件，将结构离散化为有限个单元，通过求解每个单元的平衡方程来分析
4、扭转变形。通过实验测试来测量扭转变形，并与理论分析结果进行比较。030201扭转变形的分析方法扭转变形的影响因素材料的弹性模量、泊松比等性质对扭转变形有重要影响。截面的形状和尺寸会影响杆件的扭转刚度，从而影响扭转变形。外力矩的大小和作用点位置对扭转变形有直接影响。杆件的支撑条件会影响其扭转变形，如固定支撑、滑动支撑等。材料性质截面形状和尺寸外力矩支撑条件04材料在扭转中的性能应力01在材料力学中，扭转应力是指材料在扭转力矩作用下产生的内应力。它通常以剪切应力的形式出现，与作用点处的剪切变形程度成正比。应变02在材料受到扭转力矩作用时，材料会发生剪切变形，这种变形程度可以用剪切应变来表示。剪切应
5、变是衡量材料在剪切力作用下的相对变形量。应力应变曲线03在扭转过程中，随着剪切应力的增加，材料的剪切应变也会相应增加。这种关系可以通过应力应变曲线来描述，该曲线展示了在不同剪切应力下材料的剪切应变的变化情况。材料在扭转中的应力应变关系强度极限材料在扭转力矩作用下所能承受的最大应力称为强度极限。当材料的剪切应力达到强度极限时，材料会发生断裂或严重变形，导致其丧失承载能力。强度极限的确定材料的强度极限可以通过实验方法进行测定。在实验中，对试样施加逐渐增大的扭矩，直到试样断裂或发生严重变形，此时的剪切应力即为材料的强度极限。材料在扭转中的强度极限材料在扭转力矩作用下所能承受的弹性变形极限称为弹性极限
6、。当材料的剪切应变达到弹性极限时，材料会发生弹性屈服，即剪切应力不再随着剪切应变的增加而增加。弹性极限材料的弹性极限可以通过实验方法进行测定。在实验中，对试样施加逐渐增大的扭矩，直到试样发生弹性屈服，此时的剪切应变即为材料的弹性极限。弹性极限的确定材料在扭转中的弹性极限05扭转变形的能量关系当材料发生扭转变形时，外力矩做功转化为材料内部的弹性应变能，同时产生旋转运动，动能增加。随着旋转角度的增加，应变能逐渐累积，动能逐渐减小，直至达到平衡状态。扭转变形过程中，外力矩作用导致材料内部的弹性应变能与动能之间相互转换。扭转变形的能量转换关系在扭转变形过程中，由于材料内部的摩擦和阻尼作用，能量会以热能、声能等形式损失。能量损失的程度取决于材料的物理性质、温度、表面粗糙度以及润滑条件等因素。能量损失可能导致材料温度升高、表面磨损或材料性能下降等问题。扭转变形的能量损失 扭转变形的能量效率扭转变形的能量效率是指外力矩做功转化为材料内部应变能的效率。能量效率取决于材料的弹性模量、泊松比、密度以及扭转变形的程度等因素。提高能量效率可以通过优化材料性能、改善结构设计以及采用先进的制造工艺来实现。