材料力學(xué)課件(路橋)第2章拉伸、壓縮課件

材料力學(xué)課件(路橋)第2章拉伸、壓縮課件目錄CONTENTS引言拉伸與壓縮的基本概念材料在拉伸與壓縮下的力學(xué)性能拉伸與壓縮的應(yīng)力計(jì)算拉伸與壓縮的變形計(jì)算拉伸與壓縮的強(qiáng)度條件拉伸與壓縮的實(shí)驗(yàn)研究01引言課程背景材料力學(xué)是路橋工程學(xué)科中的一門重要課程，主要研究材料的力學(xué)性能和行為。拉伸和壓縮是材料力學(xué)中的基本概念，對(duì)于路橋工程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和安全評(píng)估具有重要意義。課程目標(biāo)01掌握材料在拉伸和壓縮狀態(tài)下的基本性能和規(guī)律。02理解材料在受力過程中的變形和破壞機(jī)理。學(xué)會(huì)應(yīng)用材料力學(xué)的基本原理解決實(shí)際工程問題。0302拉伸與壓縮的基本概念拉伸物體在受力方向上產(chǎn)生伸長(zhǎng)的變形。壓縮物體在受力方向上產(chǎn)生縮短的變形。拉伸與壓縮的定義材料在外力撤銷后能恢復(fù)原狀的拉伸與壓縮。材料在外力撤銷后不能恢復(fù)原狀的拉伸與壓縮。拉伸與壓縮的類型塑性拉伸與壓縮彈性拉伸與壓縮拉伸與壓縮的實(shí)例橋梁的拉索在橋梁設(shè)計(jì)中，拉索是主要的受力構(gòu)件，主要承受拉伸力。公路路面的壓實(shí)在公路建設(shè)中，對(duì)路面材料進(jìn)行壓實(shí)處理，使其具有一定的抗壓強(qiáng)度。03材料在拉伸與壓縮下的力學(xué)性能總結(jié)詞材料在彈性階段表現(xiàn)出彈性變形，應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，卸載后變形完全恢復(fù)。詳細(xì)描述當(dāng)外力作用在材料上時(shí)，材料發(fā)生形變，但這種形變是可逆的，即當(dāng)外力去除后，材料能夠恢復(fù)到原來的狀態(tài)。彈性階段中，應(yīng)力與應(yīng)變之間呈線性關(guān)系，滿足胡克定律。彈性階段材料在屈服階段開始表現(xiàn)出塑性變形，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不再呈線性關(guān)系?？偨Y(jié)詞當(dāng)外力繼續(xù)增加，材料將進(jìn)入屈服階段。在這個(gè)階段，材料開始表現(xiàn)出塑性變形，即當(dāng)外力去除后，部分或全部形變不能恢復(fù)。屈服階段中，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不再滿足胡克定律。詳細(xì)描述屈服階段總結(jié)詞材料在強(qiáng)化階段中，隨著應(yīng)力的增加，應(yīng)變速度增加，材料的剛度提高。詳細(xì)描述當(dāng)外力繼續(xù)增加，材料進(jìn)入強(qiáng)化階段。在這個(gè)階段，隨著應(yīng)力的增加，應(yīng)變速度增加，即材料的變形速率加快。同時(shí)，材料的剛度提高，抵抗變形的能力增強(qiáng)。強(qiáng)化階段中，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系不再是線性的。強(qiáng)化階段總結(jié)詞詳細(xì)描述頸縮階段和斷裂階段當(dāng)外力繼續(xù)增加，材料進(jìn)入頸縮階段。在這個(gè)階段，材料發(fā)生局部形變，形成細(xì)長(zhǎng)的頸縮部分。隨著應(yīng)力的進(jìn)一步增加，頸縮部分不斷變細(xì)，應(yīng)力集中導(dǎo)致材料最終斷裂。斷裂階段標(biāo)志著拉伸或壓縮試驗(yàn)的結(jié)束。材料在頸縮階段發(fā)生局部形變，應(yīng)力集中導(dǎo)致材料斷裂。04拉伸與壓縮的應(yīng)力計(jì)算軸向拉壓桿件橫截面上的應(yīng)力正應(yīng)力是拉壓桿件橫截面上所受的力與橫截面面積的比值，其計(jì)算公式為σ=F/A。其中，F(xiàn)為作用在桿件上的外力，A為桿件橫截面面積。正應(yīng)力表示了桿件橫截面上受到的拉伸或壓縮的程度。拉壓桿件橫截面上的正應(yīng)力切應(yīng)力是作用在桿件橫截面上，使橫截面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩與橫截面面積的比值，其計(jì)算公式為τ=M/A。其中，M為作用在桿件上的力矩，A為桿件橫截面面積。切應(yīng)力表示了桿件橫截面上受到的剪切程度。拉壓桿件橫截面上的切應(yīng)力VS剪切應(yīng)力是作用在桿件橫截面上，使橫截面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的力與橫截面面積的比值，其計(jì)算公式為τ=F/A。其中，F(xiàn)為作用在桿件上的剪切力，A為桿件橫截面面積。剪切應(yīng)力表示了桿件橫截面上受到的剪切程度。剪切應(yīng)力的分布規(guī)律剪切應(yīng)力在桿件橫截面上的分布是不均勻的，最大剪切應(yīng)力發(fā)生在離中性軸最遠(yuǎn)的點(diǎn)上，而中性軸上則沒有剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力的方向與作用力的方向垂直，且與中性軸成45°角。剪切應(yīng)力的計(jì)算公式剪切應(yīng)力計(jì)算主應(yīng)力計(jì)算公式主應(yīng)力是作用在桿件橫截面上，使橫截面發(fā)生形變的最大和最小應(yīng)力值。對(duì)于拉壓桿件，主應(yīng)力就是正應(yīng)力和切應(yīng)力的合力，其計(jì)算公式為主應(yīng)力σ1=F/A。其中，F(xiàn)為作用在桿件上的外力，A為桿件橫截面面積。主應(yīng)力表示了桿件橫截面上受到的最大拉伸或壓縮程度。主應(yīng)力與剪切應(yīng)力的關(guān)系主應(yīng)力與剪切應(yīng)力之間存在一定的關(guān)系。當(dāng)桿件受到外力作用時(shí)，剪切應(yīng)力的存在會(huì)影響主應(yīng)力的分布和大小。因此，在計(jì)算主應(yīng)力的過程中，需要考慮剪切應(yīng)力的影響。主應(yīng)力計(jì)算05拉伸與壓縮的變形計(jì)算01020304彈性變形量胡克定律彈性模量泊松比彈性變形量計(jì)算在材料力學(xué)中，彈性變形量是指在應(yīng)力作用消失后能夠完全恢復(fù)的變形量。在一定范圍內(nèi)，材料的彈性變形量與作用在材料上的應(yīng)力成正比，這是由英國(guó)科學(xué)家羅伯特·胡克發(fā)現(xiàn)的，因此被稱為胡克定律。表示材料橫向變形與軸向變形之比，其值越大，表示材料在受到壓力作用時(shí)橫向變形越大。表示材料抵抗彈性變形的能力，其值越大，表示材料越不容易發(fā)生彈性變形。塑性變形量屈服點(diǎn)延伸率彎曲與扭轉(zhuǎn)塑性變形量計(jì)算材料開始發(fā)生塑性變形的應(yīng)力值，也稱為屈服應(yīng)力。在材料受到超過其屈服點(diǎn)的應(yīng)力作用時(shí)，發(fā)生的不可恢復(fù)的變形量。在塑性變形過程中，材料不僅會(huì)發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短的變形，還可能發(fā)生彎曲或扭轉(zhuǎn)的變形。表示材料在塑性變形過程中伸長(zhǎng)的百分比，其值越大，表示材料的塑性越好。包括彈性變形量和塑性變形量在內(nèi)的總變形量?？傋冃瘟勘硎静牧显谑艿酵饬ψ饔脮r(shí)所能承受的最大應(yīng)力值，超過這個(gè)值，材料會(huì)發(fā)生斷裂或嚴(yán)重變形。彈性極限與屈服極限當(dāng)材料受到超過其屈服點(diǎn)的應(yīng)力作用時(shí)，其屈服點(diǎn)會(huì)逐漸升高，進(jìn)入強(qiáng)化階段。強(qiáng)化階段隨著塑性變形的增加，材料的剛度會(huì)逐漸降低，導(dǎo)致其承載能力下降。剛度退化總變形量計(jì)算06拉伸與壓縮的強(qiáng)度條件VS安全系數(shù)法是一種基于經(jīng)驗(yàn)的方法，通過考慮材料、載荷和結(jié)構(gòu)等因素，確定一個(gè)安全系數(shù)，以防止結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。這種方法簡(jiǎn)單易行，但缺乏理論依據(jù)，且安全系數(shù)選擇的主觀性較大。安全系數(shù)法適用于對(duì)結(jié)構(gòu)安全性要求不高的情況，如臨時(shí)結(jié)構(gòu)或低風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)。安全系數(shù)法強(qiáng)度條件法是根據(jù)材料的強(qiáng)度極限和載荷情況，通過計(jì)算得出結(jié)構(gòu)的最大承載能力，從而確定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度條件。這種方法基于理論計(jì)算，具有較高的可靠性。強(qiáng)度條件法適用于對(duì)結(jié)構(gòu)安全性要求較高的情況，如橋梁、高層建筑等重要結(jié)構(gòu)。強(qiáng)度條件法許用應(yīng)力法是根據(jù)材料的許用應(yīng)力（即材料在一定工作條件下允許承受的最大應(yīng)力）和載荷情況，通過計(jì)算得出結(jié)構(gòu)的最大承載能力，從而確定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度條件。這種方法考慮了材料的工作條件和疲勞等因素。許用應(yīng)力法適用于對(duì)結(jié)構(gòu)安全性要求較高且材料可靠性較好的情況，如某些重型機(jī)械和壓力容器等。許用應(yīng)力法07拉伸與壓縮的實(shí)驗(yàn)研究拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^拉伸實(shí)驗(yàn)研究材料的抗拉性能，了解材料的彈性極限和屈服點(diǎn)等特性。實(shí)驗(yàn)設(shè)備拉伸試驗(yàn)機(jī)、試樣、夾具、引伸計(jì)等。實(shí)驗(yàn)步驟將試樣安裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)逐漸施加拉伸力，記錄試樣的變形和應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，直至試樣斷裂。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出材料的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理壓縮實(shí)驗(yàn)壓縮試驗(yàn)機(jī)、試樣、夾具等。將試樣安裝在壓縮試驗(yàn)機(jī)上，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)逐漸施加壓縮力，記錄試樣的變形和應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，直至試樣破裂。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出材料的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等力學(xué)性能指標(biāo)。通過壓縮實(shí)驗(yàn)研究材料的抗壓性能，了解材料的抗壓強(qiáng)度和變形行為等特性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中記錄的應(yīng)力