《杆件的四种基本变形及组合变形、-直杆轴向拉、压横截
杆件的强度计算公式资料讲解
杆件的强度、刚度和稳定性计算 1.构件的承载能力，指的是什么？ 答：构件满足强度、刚度和稳定性要求的能力称为构件的承载能力。 (1)足够的强度。即要求构件应具有足够的抵抗破坏的能力，在荷载作用下不致于发生破坏。 (2)足够的刚度。即要求构件应具有足够的抵抗变形的能力，在荷载作用下不致于发生过大的变形而影响使用。 (3)足够的稳定性。即要求构件应具有保持原有平衡状态的能力，在荷载作用下不致于突然丧失稳定。 2.什么是应力、正应力、切应力？应力的单位如何表示？ 答：内力在一点处的集度称为应力。 垂直于截面的应力分量称为正应力或法向应力，用σ表示；相切于截面的应力分量称切应力或切向应力，用τ表示。 应力的单位为Pa。 1 Pa=1 N／m2 工程实际中应力数值较大，常用MPa或GPa作单位 1 MPa=106Pa 1 GPa=109Pa 3.应力和内力的关系是什么？ 答：内力在一点处的集度称为应力。 4.应变和变形有什么不同？ 答：单位长度上的变形称为应变。单位纵向长度上的变形称纵向线应变，简称线应变，以ε表示。单位横向长度上的变形称横向线应变，以ε/表示横向应变。 5.什么是线应变？什么是横向应变？什么是泊松比？ 答：（1）线应变 单位长度上的变形称纵向线应变，简称线应变，以ε表示。对于轴力为常量的等截面直杆，其纵向变形在杆内分布均匀，故线应变为 l l? = ε （4-2） 拉伸时ε为正，压缩时ε为负。线应变是无量纲（无单位）的量。 （2）横向应变 拉(压)杆产生纵向变形时，横向也产生变形。设杆件变形前的横向尺寸为a，变形后为a1，则横向变形为 a a a- = ? 1 横向应变ε/为
杆件的基本变形
第3章杆件的基本变形 一、填空题 1．杆件变形可简化为、、和四种。2．求杆件内力的方法——截面法可概述为、、和四步。3．吊车起吊重物时，钢丝绳的变形是；汽车行驶时，传动轴的变形是； 教室中大梁的变形是；建筑物的立柱受变形。 4．杆件受拉、压时的应力，在截面上是分布的。 5．低碳钢拉伸变形过程可分为、、和四个过程。6．材料的极限应力除以一个大于1的系数n作为材料的，它是构件安全工作时允许承受的，用符号表示，系数n称为。 7．机床拖动电机的功率不变，当机床转速越高时，产生的转矩。 8．梁弯曲变形时的内力包括和。 9．根据梁的受力条件不同，梁可分为、、三种形式。10．空心圆截面外径、内径分别为D和d，则其抗扭截面系数W t= 。 二、判断题 1．轴力是因外力而产生的，故轴力就是外力。（）2．当杆件受拉伸时，绝对变形△L为负值。（）3．安全系数取值应越大越好。（）4．拉压杆的危险截面，一定是横截面最小的截面。（）5．空心圆轴圆心处剪应力为零。（）6．合理安排加载方式，可显著减小梁内最大弯矩。（）7．通常塑性材料的安全系数比脆性材料取得略高一些。（）8．受剪切螺纹的直径增大一倍，当其它条件不变时，切应力将减少。（）9．构件剪切和挤压总是同时产生的。（）10．挤压面的计算面积一定是实际挤压面的面积。（）三、选择题 1．A、B两杆的材料、长度及截面积均相同，杆A所受轴力是杆B所受轴力的两倍，则△L A：△L B = 。
A. 2 B. 1/2 C. 1 D. 0 2．当扭矩不变时，若实心轴的直径增加一倍，则轴上的扭转应力降低倍。 A. 2 B. 4 C. 8 D. 16 3. 上部受压，下部受拉的铸铁梁，选择截面形状的梁比较合理。 A. 矩形 B. 圆形 C. T形 D. ⊥形 4. 构件许用应力[σ]是保证构件安全工作的。 A. 最高工作应力 B. 最低工作应力 C. 平均工作应力 D. 最低破坏应力 5. 铸铁等脆性材料不宜作零件。 A.受压 B.受拉 C. 受拉压均可 D. 受拉压均不可 四、计算题 1．变截面直杆如图所示。已知A1＝8cm2，A2＝4cm2，E＝200GPa 。求直杆的总伸长量。 2．在厚度为δ=5mm的钢板上欲冲出一个图示形状的孔，已知钢板的剪切强度极限为此 b=320MPa。现有一冲剪力为10吨的冲床，问能否完成冲孔工作？
项目二-直杆的基本变形说课材料
项目二-直杆的基本变 形
项目二直杆的基本变形 任务一轴向拉伸与压缩计算 【学习目标】 1. 了解机械零件的承载能力及其基本要求 2. 理解直杆轴向拉伸与压缩的概念，会计算内力、应力 3. 了解低碳钢、铸铁拉伸和压缩时的力学性能及其应用 4. 掌握直杆轴向拉伸与压缩时的强度计算 【重点、考点】 1. 直杆轴向拉伸与压缩的变形特点，内力、应力的计算 2. 直杆轴向拉伸与压缩时的强度条件，应用强度条件解决生产实际问题 一、选择题 1、构件具有足够的抵抗破坏的能力，我们就说构件具有足够的( )。 A、刚度 B、稳定性 C、硬度 D、强度 2、构件具有足够的抵抗变形的能力，我们就说构件具有足够的( )。 A、强度 B、稳定性 C、刚度 D、硬度 3、单位面积上的内力称之为( )。 A、正应力 B、应力 C、拉应力 D、压应力 4、与截面垂直的应力称之为( )。 A、正应力 B、拉应力 C、压应力 D、切应力 5、轴向拉伸和压缩时，杆件横截面上产生的应力为( )。 A、正应力 B、拉应力 C、压应力 D、切应力 6. 拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大应力称为材料的（）。 A、屈服极限 B、强度极限 C、弹性极限 D、疲劳极限 时，试样将（） 7. 当低碳钢试样横截面上的实验应力σ =σ s A、完全失去承载能力 B、断裂 C、产生较大变形 D、局部出现颈缩 8. 脆性材料具有以下的（）力学性质？
A 、试样拉伸过程中出现屈服现象， B 、抗冲击性能比塑性材料好， C 、若构件开孔造成应力集中现象，对强度没有影响。 D 、抗压强度极限比抗拉强度极限大得多。 9、灰铸铁压缩实验时，出现的裂纹( )。 A 、沿着试样的横截面， B 、沿着与试样轴线平行的纵截面， C 、裂纹无规律， D 、沿着与试样轴线成45。角的斜截面。 10、横截面都为圆的两个杆，直径分别为d 和D ，并且d=0.5D 。两杆横截面上轴力相等两杆横截面上应力之比 D d σσ为( )。 A 、2倍， B 、4倍， C 、8倍， D 、16倍。 11. 同一种材料制成的阶梯杆，欲使σ1=σ2，则两杆直经d 1和d 2的关系为（ ）。 A 、d 1=1.414d 2 B 、d 1=0.704d 2 C 、d 1=d 2 D 、d 1=2d 2 12. 变截面杆如图B3,设F1、F2、F3分别表示杆件中截面1-1、2-2、3-3上内 力，则下列结论中哪些是正确的（ ）。 A. F1 ≠ F2 ，F2 ≠ F3 B. F1 = F2 ，F2 > F3 C. F1 = F2 ，F2 = F3 D. F1 = F2 ，F2 < F3 13. 长度和横截面面积均相同的两杆，一为钢杆，一为铝杆，在相同的拉力 用下（ ）。 A. 铝杆的应力和钢杆相同，而变形大于钢杆 B. 铝杆的应力和钢杆相同，而变形小于钢杆 C. 铝杆的应力和变形都大于钢杆 D. 铝杆的应力和变形都小于钢杆 14. 如图一方形横截面的压杆，在其上钻一横向小孔，则该杆与原来相比( C ）
项目二直杆的基本变形讲解
项目二直杆的基本变形 任务一轴向拉伸与压缩计算 【学习目标】 1. 了解机械零件的承载能力及其基本要求 2. 理解直杆轴向拉伸与压缩的概念，会计算内力、应力 3. 了解低碳钢、铸铁拉伸和压缩时的力学性能及其应用 4. 掌握直杆轴向拉伸与压缩时的强度计算 【重点、考点】 1. 直杆轴向拉伸与压缩的变形特点，内力、应力的计算 2. 直杆轴向拉伸与压缩时的强度条件，应用强度条件解决生产实际问题 一、选择题 1、构件具有足够的抵抗破坏的能力，我们就说构件具有足够的( )。 A、刚度 B、稳定性 C、硬度 D、强度 2、构件具有足够的抵抗变形的能力，我们就说构件具有足够的( )。 A、强度 B、稳定性 C、刚度 D、硬度 3、单位面积上的内力称之为( )。 A、正应力 B、应力 C、拉应力 D、压应力 4、与截面垂直的应力称之为( )。 A、正应力 B、拉应力 C、压应力 D、切应力 5、轴向拉伸和压缩时，杆件横截面上产生的应力为( )。 A、正应力 B、拉应力 C、压应力 D、切应力 6. 拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大应力称为材料的（）。 A、屈服极限 B、强度极限 C、弹性极限 D、疲劳极限 时，试样将（） 7. 当低碳钢试样横截面上的实验应力σ =σ s A、完全失去承载能力 B、断裂 C、产生较大变形 D、局部出现颈缩 8. 脆性材料具有以下的（）力学性质？ A、试样拉伸过程中出现屈服现象，
B 、抗冲击性能比塑性材料好， C 、若构件开孔造成应力集中现象，对强度没有影响。 D 、抗压强度极限比抗拉强度极限大得多。 9、灰铸铁压缩实验时，出现的裂纹( )。 A 、沿着试样的横截面， B 、沿着与试样轴线平行的纵截面， C 、裂纹无规律， D 、沿着与试样轴线成45。角的斜截面。 10、横截面都为圆的两个杆，直径分别为d 和D ，并且d=0.5D 。两杆横截面上轴力相等两杆横截面上应力之比 D d σσ为( )。 A 、2倍， B 、4倍， C 、8倍， D 、16倍。 11. 同一种材料制成的阶梯杆，欲使σ1=σ2，则两杆直经d 1和d 2的关系为（ ）。 A 、d 1=1.414d 2 B 、d 1=0.704d 2 C 、d 1=d 2 D 、d 1=2d 2 12. 变截面杆如图B3,设F1、F2、F3分别表示杆件中截面1-1、2-2、3-3上内 力，则下列结论中哪些是正确的（ ）。 A. F1 ≠ F2 ，F2 ≠ F3 B. F1 = F2 ，F2 > F3 C. F1 = F2 ，F2 = F3 D. F1 = F2 ，F2 < F3 13. 长度和横截面面积均相同的两杆，一为钢杆，一为铝杆，在相同的拉力 用下（ ）。 A. 铝杆的应力和钢杆相同，而变形大于钢杆 B. 铝杆的应力和钢杆相同，而变形小于钢杆 C. 铝杆的应力和变形都大于钢杆 D. 铝杆的应力和变形都小于钢杆 14. 如图一方形横截面的压杆，在其上钻一横向小孔，则该杆与原来相比( C ） A. 稳定性降低强度不变 B. 稳定性不变强度降低 C. 稳定性和强度都降低 P P 1 d 2 d 1 1 2 2 3 3 P F
建筑力学试题库(4)
一填空题： 1.在超静定结构中，切断一根梁式杆，相当于去掉个约束。 2．正对称结构的对称内力为零。 3.表示压杆稳定的欧拉公式。实用计算公 式: . 4.结构必须是▁▁▁▁体系，以保证所设计的结构能承受荷载；结构 的承载能力主要包括构件或结构的▁▁▁▁、▁▁▁和▁▁▁▁▁。 5.梁在集中力偶作用下弯矩图线▁▁▁▁▁，而剪力图▁▁▁▁▁。 6.矩形截面柱尺寸b×h,若在一角上作用一垂直力F,则σmax= __________ 7.空心圆轴的外径D，内径为d,则其扭转截面系数为▁▁▁▁▁▁。 8.平面一般力系向作用面内任一点简化的结果是：▁▁▁▁▁和▁▁ ▁▁，其中主失量=▁▁▁▁▁▁，主矩=▁▁▁▁▁▁。 9、.合力在任一坐标轴上的投影，等于个分力在同一坐标轴上投影的▁▁ ▁这就是▁▁▁▁▁▁定理。即R X=▁▁▁▁▁▁。 10、在集中力作用处，_____________突变，突变的绝对值等于集中力值 _________________发生转折。 11、杆件四种基本变形形式分别为。 12、将两杆刚结点改为单铰，相当于去掉个约束。 13、剪应力在横截面上沿梁高度按规律分布，中性轴上剪应力为。 14、用叠加原理绘制内力图的条件是。 15、静定结构支座移动反力、内力。 16、在不增加压杆横截面积的情况下，若将其实心截面改成空心截 面，则压杆的临界力将。。 17、位移法的基本未知量包括_______和。 18、杆端的转动刚度取决于和，传递系数取决于。 19、求桁架内力的方法、。 20、平面图形对其形心轴的面积矩为，如果图形对某轴面 积矩为零，则该轴必过图形的。 21、在作用着已知力系的刚体上，加上或减去任意的力系，并 不改变原力系对刚体的作用效应。 22、汇交于同一刚结点各杆的分配系数之和等于。 23、在力法方程中，12 即代表作用在结构上时，沿 方向上的位移。 24、力矩分配法适用计算和的弯矩图。 25、拱在竖向荷载作用下产生。水平推力为。 26、对称结构在对称荷载作用下，内力和变形是的；在反对称荷载作 用下，内力和变形是的。
机械基础第三章杠杆的基本变形
第三章 §3-1拉伸和压缩 【教学目标与要求】 一、知识目标 1、了解内力、拉压概念，理解截面法求内力； 2、理解拉压材料的力学性质。掌握拉压强度、变形计算。 二、能力目标 通过做低碳钢拉压时的力学性质实验，培养动手能力。 三、素质目标 1、理解截面法求内力；它是求内力的基本方法，贯穿于材料力学始终。 2、理解拉压材料的力学性质，培养实践能力。 四、教学要求 1、了解拉压、内力概念，理解截面法求内力。理解拉压材料的力学性质。 2、掌握拉压强度、变形计算，并能解决工程实际问题。 【教学重点】 1、 拉压、内力概念，截面法求内力； 2、 拉压强度、变形计算。 【难点分析】 材料拉压时的力学性能。 【教学方法】讲练法、演示法、讨论法、归纳法。 【教学安排】2学时（90分钟） 【教学过程】 复习旧课（5 分钟） 平面任意力系的平衡 ★ 导入新课 作用于构件上的外力形式不同，构件产生的变形也不同。把构件的变形简化为四种基本变形。拉压、剪切、扭转、弯曲。 ★ 新课教学（80分钟） § 3-1 拉伸和压缩 一、内力与截面法 1、内力概念 内力是由外力引起的构件内部一部分对另一部分的作用称为内力。 拉压杆的内力沿轴向称轴力。 2、截面法求内力 过程：切、取、代、平。 00 0x y o F F M ∑=∑=∑=0N P -=0 x F ∑=
? 讨论： 关于轴力( ) A 、是杆件轴线上的荷载 B 、是杆件截面上的内力 C 、与杆件的截面面积有关 D 、与杆件的材料有关 二、轴向拉压的概念 （演示工程实例引出概念） 1、受力特点：沿轴向作用一对等值、反向的拉力或压力。 2、变形特点：杆件沿轴向伸长或缩短。这种变形称为拉伸或压缩。 要点： （1）外力的作用线必须与轴线重合。 （2）压缩指杆件未压弯的情况，不涉及稳定性问题。 讨论： 判断下列三个构件在1-2段内是否单纯属于拉伸与压缩？ 三、拉、压时的应力 1、应力概念 单位截面面积上的内力称为应力。拉压杆横截面任一点均产生正应力。 2、应力计算 拉压杆横截面上正应力是均匀分布的。 规定：拉应力为正；压应力为负。 单位：帕（Pa ）或兆帕（MPa ） 四、轴向拉压时的变形 绝对变形l ?为 纵向线应变l l ?= ε 这两个关系式称为虎克定律。 式中 E---材料的弹性模量，MPa 。 ? 讨论： 图示阶梯杆总变形为（） （A ）0 （B ） (C) (D) N A σ= NL l EA ?= E σε =EA Fl 2EA Fl EA Fl 23
轴向拉压变形
1
上海工程技术大学基础教学学院工程力学部
1
第三章 轴向拉压变形
§3—1 轴向拉压杆的变形 §3—2 桁架的节点位移 §3—3 拉压与剪切应变能 §3—4 简单拉压超静定
拉压变形小结
2
一、概念
§3—1 轴向拉压杆的变形
1、轴向变形：轴向尺寸的伸长或缩短。
2、横向变形：横向尺寸的缩小或扩大。
3
三、叠加原理
①当各段的轴力为常量时——
? ? L ? ? L1 ? ? L 2 ? ? L 3 ? ? ? ?
F Ni L i EA i
几个载荷同时作用所产生的变形，等于各载荷单独作
用时产生的变形的总和 — 叠加原理
②当轴力为x的函数时 N=N(x)——
? ? L ? d? L1 ? d? L2 ? d? L3 ? ? ? ?
FN ( x)dx L EA
（3）、使用条件：轴向拉压杆，弹性范围内工作。
应力与应变的关系：（虎克定律的另一种表达方式）
?L ? FN L EA
?
FN ? E ?L ?
A
L
? ? E?
5
小结： 变形——构件在外力作用下或温度影响下所引起的形状尺 寸的变化。 弹性变形——外力撤除后，能消失的变形。 塑性变形——外力撤除后，不能消失的变形。 位移——构件内的点或截面，在变形前后位置的改变量。 线应变——微小线段单位长度的变形。
6
2
A a
B a
C
F
x
F
2F 3F
例：已知杆件的 E、A、F、a 。
求：△LAC、δ B（B 截面位移） ε AB （AB 段的线应变）。 解：1、画FN 图： 2、计算：
FN
? (1).?L ?
FN L EA
?
?LAC
?
?LAB
?
?LB
C
?
? Fa EA
?
?3Fa EA
?
? 4Fa EA
(2).? B ? ?LBC
( 3 ).? AB ?
? ? 3Fa
EA
? L AB ?
?
L AB
Fa a
EA
? ?F EA
7
§3—2 桁架节点位移
三角桁架节点位移的几何求法。
怎样画小变形放大图？分析：1、研究节点 C 的受力，确定
各杆的内力 FNi；
A
L1
B 2、求各杆的变形量△Li；
L2
F1
F2
C
3、变形图严格画法，图中弧线； (1) 以A为圆心，AC1为半径画弧线；
C
?L1 (2) 以B为圆心，BC2为半径画弧线；
F ?L2 F
C1
交点C’就是C点实际位移。 4、变形图近似画法:
C2
C ''
以切线代替图中弧线。
C'
C '' 就是C点近似位移。
8
写出图 2 中 B 点位移与两杆变形间的关系
L1
B
A
?l
?
2
?l 1 B1
L2
F
分析： 一、受力分析： 二、画B点的变形图：
1）画沿原杆伸长或缩短线； 2）作伸长或缩短线端点垂线；
C 图2
拉 S1 压 S2
vB ? BB2
B2 B
F
B’交点就是节点B的位移点。
3) B点水平位移：uB ? BB1 ? ?L1
B'
B点垂直位移：
vB
?
? L1ctg ?
?
?L2 sin ?
?B ?
u
2 B
?
vB2
9
例：杆1为钢管，A1= 100 mm2，E1 = 200 GPa,L1= 1 m ;杆2为硬
铝管，A2= 250 mm2，E2 = 70 GPa,P = 10 kN。试求：节点A
点的垂直位移。N1
解：1)求各杆内力
B C
N2 l1
A P
A2 45 A
?l2
?l1
N1 ? 2P ? 14.14kN , N 2 ? ?P ? ?10kN
2)求各杆的伸长?li
?l1
?
N1l1 ? 0.707, E1 A1
?l2
?
N 2l2 E2 A2
?
?0.404mm
3)画A点的位移图
AA5 ? AA4 ? A4 A5
P
A1
AA4 ? ?l1 / cos 45 A4 A5 ? ?l2ctg 45
45 A4
AA5
??
?l1 cos 45
?
?l2ctg 45
?
0.9999
?
0.404
? AA5 ? 1.404 mm
A3
A5
10
例 ：设横梁 ABCD 为刚梁，斜杆A=440mm2，E = 70kN，P1= 5kN,
P1 A A1
P2=10kN,L=1m;试求：A
P2 60
lC
lB
? AY
? C1
D
点的垂直位移。? ? 30 (不计横梁变形)
解：1)、CD杆内力：研究对象 AB
? mB ? 0 : P12l ? (P2 ? NC sin 30)l ? 0
? N C ? 40 ( kN )
2) CD杆的变形：
P1
P2
A
C
YB
B
XB
?L ? NClCD ? NCl ? 1.5 (mm) EA EA cos ?
3)杆A.C点的变形图：CC 2 ? ?l
A
C
NC B
? CY
? CC1 ?
CC 2 cos ?
?
?l sin ?
C2
?ABA1 ? ? AY ? AA1 ? CC 1 ? 2? CY
?CY C1
? AY ? 2? CY ? 2?l ? 6 (mm) sin ?
11
§3—3 拉压应变能
一、应变能概念
1、外力功：W
固体受外力作用而变形，在变形过程中外力所做的功。
W ? 1 P ? ?l 2
2、应变能：V? 固体在外力作用下，
P ?l
因变形而储存的能量。
V?
?
1 2
N
? ?l
?
1 2
N
?
Nl EA
?
N 2l 2EA
3、能量守恒：W ? V?
4、应变能密度：单位体积内储存的能量。 v? ? V? /V
l P
Pi
o
?li ?l
d (?l )
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(完整版)《杆件的四种基本变形及组合变形、-直杆轴向拉、压横截面上的内力》教学设计
《杆件的四种基本变形及组合变形、 直杆轴向拉、压横截面上的内力》教学设计 课题 3.1杆件四种基本变形及组合变形教学时间2课时 教学目标 知识与技能认识杆件的基本变形和组合变形； 过程与方法 通过分析工程实例、生活实例中的受力及变形掌握杆件的基本变 形的受力及变形特点； 情感、态度、价 值观 通过分析工程结构中的受力及变形并口头描述，培养归纳、总结、语言表达的能力； 教学 重点 1、杆件的基本变形受力特点、变形特点； 教学难点1、杆件力学模型的理解 2、杆件四种基本变形的区分 教学内容及其过程学生活动教师导学 一、引入 手拉弹簧弹簧会发生什么变化？小朋友双臂吊在单杠上，人双手撑地倒立起来，胳膊都有什么样的感觉，胳膊的形状有改变吗？ 二、导学提纲 3.1杆件四种基本变形及组合变形 1.杆件是指其纵向长度远大于横向尺寸的构件，轴线是直线的杆件称为直杆。 2. 轴向拉伸和压缩受力特点是直杆的两端沿杆轴线方向作用一对大小相等、方向相反的力；变形特点是在外力作用下产生杆轴线方向的伸长或缩短。 3. 产生轴向拉伸变形的杆件，其当作用力背离杆端时，作用力是拉力（图a）；产生轴向压缩变形的杆件，其作用力指向杆端，作用力是压力，（图b）。 4. 剪切变形的受力特点是作用在构件上的横向外力大小相等、方向相反、作用线平行且距离很近。 5. 剪切变形的变形特点是介于两横向力之间的各截面沿外力作用方向发生相对错动。 6. 剪切面是指两横向力之间的横截面，破坏常在剪切面上发生。 7. 扭转变形的受力特点：在垂直于杆轴线的平面内，作用有大小相等、转向相反的一对力偶。 8. 扭转变形的变形特点：各横截面绕杆轴线发生让同学来回答 弹簧、胳膊的受 力和形状改变。 1、自主学习 自学教材、自主 完成导学提纲， 记录疑点或无 法解决的问题， 为交流作准备。 2、组内交流 在小组长的组 织下，有序开展 交流与探讨，共 通过引导学生回 答问题，引出物 体在力的作用下 变形是客观存在 的，进入课题。 当有学生问到， 或对有兴趣的学 生可适当介绍如 下关系： 1、布置前置作业 课前精心预设前 置作业，（由导学 提纲、探究与感 悟组成）组织学 生自主学习。 构件 杆件 板（壳） 块体
第三章 直杆的基本变形 复习资料(学生)
第三章直杆的基本变形复习资料机械和工程结构中的零部件在载荷的作用下，其形状和尺寸发生变化，为了了保证机械零部件正常安全工作，必须具有足够的、和。零件抵抗破坏的能力，称为。零件抵抗破坏的能力，称为。受压的细长杆和薄壁构件，当所受载荷增加时，可能失去平衡状态，这种现象称为丧失稳定。是零件保持原有平衡状态的能力。 基本的受力和变形有、、，以及由两种或两种以上基本变形形式叠加而成的组合变形。 一、轴向拉伸与压缩 （一）拉伸与压缩 1、在轴向力作用下，杆件产生伸长变形称为轴向拉伸，简称， 在轴向力作用下，杆件产生缩短变形称为轴向压缩，简称. 2、轴向拉伸和压缩变形具有以下特点: （1）受力特点——。 （2）变形特点——。 （二）内力与应力 1、杆件所受其他物体的作用力都称为外力，包括和。 2、在外力作用下，构件产生变形，杆件材料内部产生变形的抗力，这种抗力称为。 3、外力越大，构件的变形越大，所产生的内力也越大。内力是由于外力的作用而引起的，内力随外力。当内力超过一定限度时，杆件就会被破坏。 4、轴向拉、压变形时的内力称为，用F N表示。 剪切变形时的内力称为，用F Q表示。 扭转变形时的内力称为，用M T表示。 弯曲变形时的内力称为(M)与F Q) 5、内力的计算——截面法 将受外力作用的杆件假想地切开，用以显示内力的大小，用以显示内力的大小，并以平衡条件确定其合力的方法，称为截面法。F N=F 6、应力 1）同样的内力，作用在材料相同、横截面不同的构件上，会产生不同的效果。 2）构件在外力作用下，单位面积上的内力称为。轴向拉伸和压缩时应力垂直于截面，称为，记作σ。
3）轴向拉伸和压缩时横截面上的应力是均匀分布的，其计算公式为 A F N =σ，其中σ为横截面上的正应力，MPa ；F N 为横截面上的内力，N ；A 为横截面面积，mm 2。 4）正应力的正负号规定为：拉伸压力为 ，压缩应力为 。 7、强度计算 1）、材料丧失正常工作能力的应力，称为 。塑性材料的极限 应力是其 应力σs ，脆性材料的极限应力是其 应力σ b 。 2）当构件中的应力接近极限应力时，构件就处于危险状态。为了确保构件 安全可靠地工作，必须给构件留有足够的强度储备。即将极限应力除以一个大 于1的系数作为工作时允许的最大应力。这个应力称为材料的 ， 常用符号[σ]表示。 脆性材料：S s σσ=][ 塑性材料：S b σσ=][ S 为 ，它反映了强度储备的情况，是合理解决安全与经济矛 盾的关键，若取值过大，许用应力过低，造成材料浪费；若取值过小，用料减 少，但安全得不到保证。 静载荷作用时，塑性材料一般取安全系数S= ，脆性材料S= 3）为了确保轴向拉、压杆有足够的强度，要求杆件中最大工作应力σmax 材料在拉伸（压缩）时的许用应力[σ]， 即][max σσ≤=A F N F N 和A 分别为危险截面上的内力和横截面面积。 4）产生最大应力σmax 的截面称为危险截面，等截面直杆的危险截面位于 ，而变截面杆的危险截面必须综合 和 方 面来确定。 5）运用强度条件，可以解决 、 、 等三种类型问题。 8、应力集中 1）局部应力显著增大的现象，称为 。如阶梯轴的孔、槽、 轴肩的 。 2）应力集中使零件破坏的危险性增加。 具有缓和应力集中 的性能，中、低强度钢结构件，一般不考虑应力集中对构件强度的影响； 对应力集中比较敏感。当构件受到 或 作用 时，不论是塑性材料还是脆性材料，应力集中对构件的强度都有影响。
ch3轴向拉压变形(3rd)
第三章 轴向拉压变形 3-2 一外径D=60mm 、内径d =20mm 的空心圆截面杆，杆长l = 400mm ，两端承受轴 向拉力F = 200kN 作用。若弹性模量E = 80GPa ，泊松比μ=0.30。试计算该杆外径的改变量?D 及体积改变量?V 。 解：1. 计算?D 由于 EA F D D εEA F εμμε- =-=='= Δ ， 故有 0.0179mm m 1079.1 m 020.00600(π1080060 .01020030.04)(π4Δ52 29322-=?-=-???????-=--=-='=-）.d D E FD EA FD D εD μμ 2.计算?V 变形后该杆的体积为 )21()1)(1(])()[(4 π )(222εεV εεAl d εd D εD l l A l V '++≈'++='+-'++=''='ε 故有 3 373 93 mm 400m 1000.4 )3.021(m 1080400.010200)21()2(Δ=?=?-???=-='+=-'=-μE Fl εεV V V V 3-4 图示螺栓，拧紧时产生l ?=0.10mm 的轴向变形。已知：d 1 = 8.0mm ，d 2 = 6.8mm ， d 3 = 7.0mm ；l 1=6.0mm ，l 2=29mm ，l 3=8mm ；E = 210GPa ，[σ]=500MPa 。试求预紧力F ，并校核螺栓的强度。 题3-4图 解：1.求预紧力F 各段轴力数值上均等于F ，因此， )(π4)(Δ23 3222 211332211d l d l d l E F A l A l A l E F l ++=++= 由此得
(完整版)轴向拉压习题答案2
第2章 轴向拉伸和压缩 主要知识点：（1）轴向拉伸（压缩）时杆的内力和应力； （2）轴向拉伸（压缩）时杆的变形； （3）材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能； （4）轴向拉压杆的强度计算； （5）简单拉压超静定问题。 轴向拉伸（压缩）时杆的变形 4. 一钢制阶梯杆如图所示。已知沿轴线方向外力F 1=50kN ，F 2=20kN ，各段杆长l 1=100mm ，l 2=l 3=80mm ，横截面面积A 1=A 2=400mm 2，A 3=250mm 2，钢的弹性模量E=200GP a ，试求各段杆的纵向变形、杆的总变形量及各段杆的线应变。 解：（1）首先作出轴力图如图4-11所示， 由图知kN F N 301-=，kN F F N N 2032==。 （2）计算各段杆的纵向变形 m m EA l F l N 56 93311111075.310 40010200101001030---?-=??????-==? m m EA l F l N 5 6 9332222100.210 4001020010801020---?=??????==? (3)杆的总变形量m l l l l 5 3211045.1-?=?+?+?=?。 (4)计算各段杆的线应变 45 1111075.310.01075.3--?-=?-=?=l l ε 45 222105.208.0100.2--?=?=?=l l ε 45 333100.408 .0102.3--?=?=?=l l ε 材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能 5. 试述低碳钢拉伸试验中的四个阶段，其应力—应变图上四个特征点的物理意义是什么？ 答：低碳钢拉伸试验中的四个阶段为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。在弹性阶段，当应力小于比例极限σp 时，材料服从虎克定律；当应力小于弹性极限σe 时，材料的变形仍是弹性变形。屈服阶段的最低点对应的应力称为屈服极限，以σs 表示。强化阶段最高点所对应的应力称为材料的强度极限，以σb 表示，它是材料所能承受的最大应力。 m m EA l F l N 5 69333333102.3102501020010801020---?=??????==?
《材料力学》第2章-轴向拉(压)变形-习题解
第二章 轴向拉(压)变形 [习题2-1] 试求图示各杆1-1和2-2横截面上的轴力，并作轴力图。 （a ） 解：（1）求指定截面上的轴力 F N =-11 F F F N -=+-=-222 （2）作轴力图 轴力图如图所示。 （b ） 解：（1）求指定截面上的轴力 F N 211=- 02222=+-=-F F N （2）作轴力图 F F F F N =+-=-2233 轴力图如图所示。 （c ） 解：（1）求指定截面上的轴力 F N 211=- F F F N =+-=-222 （2）作轴力图 F F F F N 32233=+-=- 轴力图如图所示。 （d ） 解：（1）求指定截面上的轴力 F N =-11 F F a a F F F qa F N 22222-=+?--=+--=- （2）作轴力图 中间段的轴力方程为： x a F F x N ?- =)( ]0,(a x ∈ 轴力图如图所示。
[习题2-2] 试求图示等直杆横截面1-1、2-2和平3-3上的轴力，并作轴力图。若横截面面积 2400mm A =，试求各横截面上的应力。 解：（1）求指定截面上的轴力 kN N 2011-=- )(10201022kN N -=-=- )(1020102033kN N =-+=- （2）作轴力图 轴力图如图所示。 （3）计算各截面上的应力 MPa mm N A N 5040010202 3111 1-=?-==--σ MPa mm N A N 2540010102 3222 2-=?-==--σ MPa mm N A N 2540010102 3333 3=?==--σ [习题2-3] 试求图示阶梯状直杆横截面1-1、2-2和平3-3上的轴力，并作轴力图。若横截面面积 21200mm A =，22300mm A =，23400mm A =，并求各横截面上的应力。 解：（1）求指定截面上的轴力 kN N 2011-=- )(10201022kN N -=-=- )(1020102033kN N =-+=- （2）作轴力图 轴力图如图所示。 （3）计算各截面上的应力 MPa mm N A N 10020010202 31111 1-=?-==--σ MPa mm N A N 3.3330010102 32222 2-=?-==--σ MPa mm N A N 2540010102 3333 3=?==--σ
ch3 轴向拉压变形(3rd)要点
1 第三章 轴向拉压变形 3-2 一外径D=60mm 、内径d =20mm 的空心圆截面杆，杆长l = 400mm ，两端承受轴 向拉力F = 200kN 作用。若弹性模量E = 80GPa ，泊松比μ=0.30。试计算该杆外径的改变量?D 及体积改变量?V 。 解：1. 计算?D 由于 EA F D D εEA F εμμε- =-=='= Δ ， 故有 0.0179mm m 1079.1 m 020.00600(π1080060 .01020030.04)(π4Δ52 29322-=?-=-???????-=--=-='=-）.d D E FD EA FD D εD μμ 2.计算?V 变形后该杆的体积为 )21()1)(1(])()[(4 π )(222εεV εεAl d εd D εD l l A l V '++≈'++='+-'++=''='ε 故有 3 373 93 mm 400m 1000.4 )3.021(m 1080400.010200)21()2(Δ=?=?-???=-='+=-'=-μE Fl εεV V V V 3-4 图示螺栓，拧紧时产生l ?=0.10mm 的轴向变形。已知：d 1 = 8.0mm ，d 2 = 6.8mm ， d 3 = 7.0mm ；l 1=6.0mm ，l 2=29mm ，l 3=8mm ；E = 210GPa ，[σ]=500MPa 。试求预紧力F ，并校核螺栓的强度。 题3-4图 解：1.求预紧力F 各段轴力数值上均等于F ，因此， )(π4)(Δ23 3222211 332211d l d l d l E F A l A l A l E F l ++=++= 由此得
材料力学第2章-轴向拉(压)变形-习题解
第二章 轴向拉(压)变形 [习题2-1] 试求图示各杆1-1和2-2横截面上的轴力，并作轴力图。 （a ） 解：（1）求指定截面上的轴力 F N =-11 F F F N -=+-=-222 （2）作轴力图 轴力图如图所示。 （b ） 解：（1）求指定截面上的轴力 F N 211=- 02222=+-=-F F N （2）作轴力图 F F F F N =+-=-2233 轴力图如图所示。 （c ） 解：（1）求指定截面上的轴力 F N 211=- F F F N =+-=-222 （2）作轴力图 F F F F N 32233=+-=- 轴力图如图所示。 （d ） 解：（1）求指定截面上的轴力 F N =-11 F F a a F F F qa F N 22222-=+?--=+--=- （2）作轴力图 中间段的轴力方程为： x a F F x N ?- =)( ]0,(a x ∈ 轴力图如图所示。
[习题2-2] 试求图示等直杆横截面1-1、2-2和平3-3上的轴力，并作轴力图。若横截面面积 2400mm A =，试求各横截面上的应力。 解：（1）求指定截面上的轴力 kN N 2011-=- )(10201022kN N -=-=- )(1020102033kN N =-+=- （2）作轴力图 轴力图如图所示。 （3）计算各截面上的应力 MPa mm N A N 50400102023111 1-=?-==--σ MPa mm N A N 2540010102 3222 2-=?-==--σ MPa mm N A N 2540010102 3333 3=?==--σ [习题2-3] 试求图示阶梯状直杆横截面1-1、2-2和平3-3上的轴力，并作轴力图。若横截面面积 21200mm A =，22300mm A =，23400mm A =，并求各横截面上的应力。 解：（1）求指定截面上的轴力 kN N 2011-=- )(10201022kN N -=-=- )(1020102033kN N =-+=- （2）作轴力图 轴力图如图所示。 （3）计算各截面上的应力 MPa mm N A N 10020010202311111-=?-==--σ MPa mm N A N 3.3330010102 32222 2-=?-==--σ MPa mm N A N 2540010102 3333 3=?==--σ
第三章 直杆的基本变形 练习题(学生)
第三章直杆的基本变形练习题 一、填空是 1、零件抵抗破坏的能力称为；零件抵抗变形的能力称为。 2、杆件变形可简化为、、、四种。 3、、轴向拉伸或压缩的受力特点是沿轴向作用一对等值反向的力或力。变形特点是沿轴向或。 4、、杆件所受其他物体的作用务都称为外力，它包括和。 5、杆件内部由于外力作用而产生的相互作用称为，它随外力的增大而 。 6、单位截面积上的内力称为。 7、材料力学是一门研究构件、和的科学。 8、使材料丧失正常工作能力的应力称为。 9、工程上一般把极限作为塑性材料的极限应力。 10、安全系数表示材料的安全程度。 11、对于重要的构件和破坏后会造成重大事故的构件，应取安全系数。 12、塑性材料一般取安全系数为，脆性材料为。 13、在工作生产中，输送高压蒸汽的管道或暖气管道，需要设置膨胀节，其目的是为了消除对构件变形的影响。 14、剪切变形的受力特点是外力相等，相反、平行且相距很远。 15、剪切变形在上马截面内产生的内力称为。 16、平行于截面的应力称为。 17、剪力大小与外力且与该受力截面。 18、构件发生剪切变形的同时，往往在其互相接触的作用面间发生变形。 19、圆轴扭转的受力特点是在的作用下，产生扭转变形；变形特点是构件受到相等，相反，作用面于轴线的力偶，截面之间绕发生相对。 20、圆轴扭转时横截面上产生的内力偶矩称为。 21、圆轴扭转时，横截面上只有力，没有力。 22、弯曲变形的受力特点是外力于杆的轴线；变形特点轴线由直线变成 。 23、根据支承方式的不同，梁分为、和三种基本形
式。 24、梁的最大弯矩值不仅取决于，还取决于 。 25、可以采取或的方法提高梁的抗弯刚度；在不能缩短梁的跨度的情况下，常采用的办法来有效地减小变形。 26、吊车起吊重物时，钢丝绳的变形是；汽车行驶时，传动轴的变形是；教室中大梁的变形是；建筑物的立柱受。 二、判断题 1、如果两个轴向拉压杆的材料不同，横截面积相同，受到相同的轴向力，则两个拉压杆横截面上的应力不相同。 2、1kN/mm2=1MPa。 3、在进行强度计算时，将屈服极限σs作为塑性材料的许用应力。 4、抗压性能好的脆性材料适用于做受压构件。 5、在外力去除后能够消失的变形称为塑性变形。 6、当构件受到动载荷或交变载荷作用时，无论是塑性材料还是脆性材料，应力集中对构件的强度都有影响。 7、一端固定，另一端自由的梁称为简支梁。 8、弯曲变形的实质是剪切。 9、梁弯曲时，中性层上的正应力为零。 10、纯弯曲梁横截面上只有正应力。 11、轴力是因外力而产生的，故轴力就是外力。 12、安全系数取值应越大越好。 三、选择题 1、轴力_____ A、是杆件轴线上的外力 B、是杆件截面上的内力 C、与杆件的截面积有关 D、与杆件的材料有关 2、等截面直杆在两个外力的作用下产生压缩变形时，这对外力所具备的特点一定是等值的，并且____ A、反向共线 B、反向过截面形心 C、方向相反作用线与杆轴线重合 D 方向相反沿同一直线作用 3、如图所示，AB和CD两杆有低碳钢和铸铁两种材料可供选择，正确的选择是
第三节 轴向拉、压杆的强度计算——公开课
第三节 轴向拉（压）杆的强度计算 教学目的： 1、学习材料在轴向作用力下拉伸、压缩状态下的正应力； 2、理解不同材料的工作应力、极限应力和许用应力值的概念。 3懂得应用轴向拉（压）杆的强度条件进行简单的计算 教学重点难点： 1、理解材料在拉伸、压缩状态下的正应力的计算，理解许用应力的含义，理解轴向拉（压）杆的强度条件内涵。 2、运用轴向拉（压）杆的强度条件计算一般工程力学问题（三种情况下的计算） 学情分析：建筑专业学生由于之前物理和数学知识的不足，再加上学生的学习兴趣不高，对本门学科较为理论性的学习接受能力差，因此教学中多采取实例和实物模型辅助教学的方法，提高本节课的教学成效。 教学教具：粗、细的木杆和钢杆；细绳、细铁丝、粗的铁丝。 教学过程： 新课引入：上节课我们学习了轴向拉、压杆横截面积上的正应力A F N =σ，大家知道不同材料其能承受的最大应力值不一样也反应材料的强度的不同，比如这根细绳和铁丝，那么怎样在工程中选用合适的材料做的杆件或者要对已确定材料的杆件进行校核其强度，才不致于出现安全事故呢？ 举例说明，展示实物，麻绳、细钢丝、粗钢丝。起重机起吊重物你会选择选择什么样绳子呢？是麻绳还是钢丝？是用细的钢丝还是粗一点的钢丝呢？为什吗呢？ 引导回答：同种截面的不同材质的绳子，其能承受的最大拉力是不一样的，即最大的应力值也是不同的，因此能起吊的重量也是不同的，应怎样选择呢？这就是我们今天这节的主要内容。 新课教学： 一、应力的基本概念： 工作应力：杆件在荷载作用下产生的实际应力值，它随杆件荷载的改变的而改变，但随荷载的增加，工作应力跟着增加，但应力的增加是用限度的，当应力超过一定限度，材料就会发生破坏。发生破坏的应力限度就称极限应力，也叫危险应力，用不同材料的 值是不同的，比如麻绳和钢丝； 许用应力：为了能使杆件在安全范围内工作，不仅不能使工作应力达到极限值，还要留用一定安全储备，我们把极限应力值处于大于1的N 作限度为工作应力的最高值，用][σ表示，][σ=N 而N>1的系数 二、轴向拉（压）杆的强度条件和强度计算