材料力學(xué)機械課件

材料力學(xué)機械課件演講人：日期：目錄CONTENTS01材料力學(xué)基礎(chǔ)概念02材料力學(xué)性能分析03應(yīng)力狀態(tài)與強度理論04桿件組合變形分析05能量法與穩(wěn)定性06工程應(yīng)用與案例分析01材料力學(xué)基礎(chǔ)概念應(yīng)力物體受到外力作用時，單位面積上所承受的力稱為應(yīng)力。它反映了物體內(nèi)部各部分之間相互作用的情況。應(yīng)變物體在外力作用下，其形狀和尺寸發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為應(yīng)變。它是物體在外力作用下的一種力學(xué)響應(yīng)。應(yīng)力與應(yīng)變定義材料力學(xué)的研究對象材料的力學(xué)性能研究材料在受力作用下的變形、破壞等力學(xué)性能及其與溫度、時間等因素的關(guān)系。材料的強度與韌性材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系通過對材料的強度、韌性等力學(xué)性能的研究，為工程應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。研究材料的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能之間的關(guān)系，為材料的設(shè)計、制造和應(yīng)用提供理論依據(jù)。123基本假設(shè)與適用范圍假設(shè)物體在其整個體積內(nèi)是連續(xù)且無空隙的，以便于應(yīng)用連續(xù)函數(shù)來描述其應(yīng)力、應(yīng)變等力學(xué)量。連續(xù)性假設(shè)假設(shè)物體內(nèi)部各點的力學(xué)性質(zhì)（如應(yīng)力、應(yīng)變等）是相同的，不隨位置的變化而變化。假設(shè)物體在外力作用下的變形量遠(yuǎn)小于其原始尺寸，以便于應(yīng)用線性理論進(jìn)行分析和計算。均勻性假設(shè)假設(shè)物體在各個方向上具有相同的力學(xué)性質(zhì)，即物體的彈性常數(shù)（如彈性模量、泊松比等）不隨方向的變化而變化。各向同性假設(shè)01020403小變形假設(shè)02材料力學(xué)性能分析描述材料在拉伸或壓縮過程中應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。應(yīng)力-應(yīng)變曲線衡量材料在彈性變形范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之比，反映材料剛度。彈性模量01020304測定材料在拉伸載荷下的力學(xué)性能和塑性變形能力。拉伸試驗研究材料在拉伸或壓縮過程中塑性變形與斷裂的規(guī)律。塑性變形與斷裂拉伸與壓縮性能剪切與扭轉(zhuǎn)性能剪切試驗測定材料在剪切載荷下的力學(xué)性能，用于評估材料的抗剪強度。扭轉(zhuǎn)試驗測定材料在扭轉(zhuǎn)載荷下的力學(xué)性能，用于評估材料的抗扭強度。剪切強度與扭轉(zhuǎn)剛度描述材料在剪切和扭轉(zhuǎn)載荷下的力學(xué)響應(yīng)。剪切變形與斷裂特征研究材料在剪切載荷下斷裂的特征和變形規(guī)律。彎曲試驗測定材料在彎曲載荷下的力學(xué)性能，包括彎曲強度和彎曲變形。彎曲變形與強度01彎曲強度與剛度描述材料在彎曲載荷下的抵抗能力和變形程度。02彎曲變形的影響因素探討材料截面形狀、支撐方式等因素對彎曲變形的影響。03彎曲斷裂特征研究材料在彎曲載荷下斷裂的特征和斷裂面的形態(tài)。0403應(yīng)力狀態(tài)與強度理論平面應(yīng)力狀態(tài)分析平面應(yīng)力狀態(tài)的定義平面應(yīng)力狀態(tài)是指物體在某一平面內(nèi)的應(yīng)力分布狀態(tài)，是二維的應(yīng)力狀態(tài)。平面應(yīng)力狀態(tài)的分類平面應(yīng)力狀態(tài)的解析方法根據(jù)主應(yīng)力的方向，平面應(yīng)力狀態(tài)可分為單向應(yīng)力狀態(tài)、雙向應(yīng)力狀態(tài)和剪切應(yīng)力狀態(tài)。通過應(yīng)力分解，將復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)分解為簡單的應(yīng)力狀態(tài)，便于分析和計算。123莫爾圓的應(yīng)用莫爾圓的概念莫爾圓是描述應(yīng)力狀態(tài)的圖形表示方法，可以直觀地表示應(yīng)力張量的第二不變量。莫爾圓的繪制方法在應(yīng)力平面上，以正應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，繪制出表示應(yīng)力狀態(tài)的圓。莫爾圓的應(yīng)用場景莫爾圓廣泛應(yīng)用于材料力學(xué)中的強度分析、斷裂判斷以及應(yīng)力狀態(tài)的確定等。四大經(jīng)典強度理論第一強度理論（最大拉應(yīng)力理論）01認(rèn)為材料的破壞是由于最大拉應(yīng)力達(dá)到極限值而引起的，適用于脆性材料。第二強度理論（最大拉應(yīng)變理論）02認(rèn)為材料的破壞是由于最大拉應(yīng)變達(dá)到極限值而引起的，適用于韌性材料。第三強度理論（最大剪應(yīng)力理論）03認(rèn)為材料的破壞是由于最大剪應(yīng)力達(dá)到極限值而引起的，適用于塑性材料。第四強度理論（畸變能密度理論）04認(rèn)為材料的破壞是由于畸變能密度達(dá)到極限值而引起的，適用于各種材料，尤其是塑性材料。04桿件組合變形分析拉彎組合變形拉彎組合的基本形式包括拉伸和彎曲兩種基本變形同時存在的組合形式。拉彎組合的影響拉伸和彎曲的相互作用會影響桿件的強度和剛度，可能導(dǎo)致桿件提前失效。拉彎組合的計算方法通常使用疊加原理，根據(jù)拉伸和彎曲的應(yīng)力分布進(jìn)行疊加計算。拉彎組合的應(yīng)用常見于承受多向載荷的桿件，如連桿、曲軸等。扭彎組合的基本形式包括扭轉(zhuǎn)和彎曲兩種基本變形同時存在的組合形式。扭彎組合的影響扭轉(zhuǎn)和彎曲的相互作用會導(dǎo)致桿件的截面形狀發(fā)生變化，進(jìn)一步影響應(yīng)力和強度。扭彎組合的計算方法通常需要考慮截面翹曲和畸變的影響，使用更為復(fù)雜的應(yīng)力分析方法進(jìn)行計算。扭彎組合的應(yīng)用常見于同時承受扭轉(zhuǎn)和彎曲載荷的桿件，如傳動軸、扭桿等。扭彎組合變形復(fù)雜載荷下的強度計算包括多向拉伸、多向彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切等復(fù)雜載荷組合。復(fù)雜載荷的類型通常采用有限元法、實驗法等手段進(jìn)行應(yīng)力分析和強度評估。用于預(yù)測桿件在復(fù)雜載荷下的承載能力，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供重要依據(jù)。復(fù)雜載荷下的強度分析方法材料性能、截面形狀、載荷類型和大小、邊界條件等。強度計算的關(guān)鍵因素01020403強度計算的應(yīng)用05能量法與穩(wěn)定性應(yīng)變能計算方法彈性應(yīng)變能物體在彈性變形過程中，由于外力作用導(dǎo)致物體內(nèi)部應(yīng)力分布不均而產(chǎn)生的能量。計算公式適用范圍應(yīng)變能=應(yīng)力×應(yīng)變/2，即U=(σ×ε)/2。彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。123應(yīng)變能計算方法塑性應(yīng)變能物體在塑性變形過程中，由于外力作用導(dǎo)致物體內(nèi)部應(yīng)力分布不均而產(chǎn)生的能量。030201計算公式應(yīng)變能=積分(應(yīng)力×應(yīng)變)，即U=∫(σ×ε)dε。適用范圍塑性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變不成正比。彈性應(yīng)變能與塑性應(yīng)變能之和。應(yīng)變能計算方法總應(yīng)變能總應(yīng)變能=彈性應(yīng)變能+塑性應(yīng)變能。計算公式用于判斷物體在受力過程中的能量轉(zhuǎn)化及穩(wěn)定性。重要性應(yīng)用通過應(yīng)變能的變分求解彈性體的應(yīng)力或位移分布。表達(dá)式δU=∫(σ×δε)dV，其中δU為應(yīng)變能的變分，δε為虛應(yīng)變?？ㄊ系诙ɡ碛糜谟嬎銖椥泽w在受到外力作用時，某點的應(yīng)力或位移?？ㄊ系谝欢ɡ碛糜谟嬎銖椥泽w在彈性變形過程中的應(yīng)變能。表達(dá)式U=∫(σ×ε)dV，其中U為應(yīng)變能，σ為應(yīng)力，ε為應(yīng)變，V為體積。應(yīng)用通過應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系計算彈性體的應(yīng)變能?？ㄊ隙ɡ響?yīng)用010602050304壓桿在受到壓力作用時，能夠保持原有形狀和穩(wěn)定性的能力。壓桿穩(wěn)定性分析壓桿穩(wěn)定性概念壓桿的材料、截面形狀、長度、支撐條件等。影響因素用于計算理想壓桿的臨界載荷。歐拉公式壓桿穩(wěn)定性分析Fcr=(π2×E×I)/(L2)，其中Fcr為臨界載荷，E為彈性模量，I為截面慣性矩，L為壓桿長度。表達(dá)式通過歐拉公式計算壓桿的臨界載荷，判斷壓桿是否穩(wěn)定。應(yīng)用包括平衡分岔失穩(wěn)、極值點失穩(wěn)和跳躍失穩(wěn)等。壓桿失穩(wěn)類型平衡分岔失穩(wěn)壓桿在達(dá)到臨界載荷后，承載能力突然下降。極值點失穩(wěn)跳躍失穩(wěn)壓桿在加載過程中，出現(xiàn)載荷突然跳躍的現(xiàn)象。壓桿在臨界載荷作用下，出現(xiàn)兩種或多種平衡狀態(tài)。壓桿穩(wěn)定性分析06工程應(yīng)用與案例分析機械零件強度設(shè)計實例汽車發(fā)動機曲軸設(shè)計通過有限元分析曲軸在多種工況下的應(yīng)力分布，優(yōu)化曲軸結(jié)構(gòu)，提高曲軸疲勞強度。齒輪傳動設(shè)計壓力容器設(shè)計根據(jù)齒輪傳動的接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，選擇合適的齒輪材料和熱處理工藝，提高齒輪的承載能力。依據(jù)壓力容器承受的壓力和溫度，選擇合適的材料和設(shè)計方法，確保壓力容器的安全性。123通過對橋梁斷裂處的材料進(jìn)行力學(xué)性能測試和顯微組織分析，找出斷裂的原因，并提出改進(jìn)措施。材料失效事故分析橋梁斷裂事故分析軸承失效的原因，如疲勞、磨損、過載等，提出相應(yīng)的修復(fù)和預(yù)防措施，延長軸承的使用壽命。軸承失效分析對飛機材料失效進(jìn)行深入研究，找出失效的原因，如裂紋擴展、腐蝕等，并提出預(yù)防措施，確保飛行安全。飛機材