第四章材料的变形
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材料力学第一章拉压一、构件设计应满足的要求:1、足够的强度:即抵抗破坏的能力;2、足够的刚度:即抵抗变形的能力;3、足够的稳定性:即保持平衡的能力;二、失稳:构件在一定外力的作用下,不能保持原有的平衡形式,称为失稳;细长杆件在压缩中容易产生失稳现象。
三、材料力学的基本假设:1、连续性假设:构件的整个体积内毫无空隙的充满了物质;2、均匀性假设:认为材料是均匀的,其力学性能与构件中的位置无关;(材料在外力作用下表现出来的性能,称为力学性能或机械性能)3、各项同性假设:沿各个方向均具有相同的力学性能;(相反,存在各向异性材料,常见的有碳纤维、玻璃纤维、环氧树脂、陶瓷等四、杆件变形的基本形式:拉伸或压缩、弯曲和扭转。
五、内力:外力作用下,构件内部相连两部分之间的相互作用力。
六、同一杆件在受力方式变化的情况下,即使只受轴向力作用,不同部分的轴向力大小也可能不同,如在杆端和杆中点均受力,切合力为0的情况。
七、设杆件的横截面积为A,轴力为N,且为均匀性材料,则横截面上各点处的正应力均为:Pa、Mpa、Gpa)。
八、圣维南原理:力作用于杆端的方式不同,只会使于杆端距离不大于杆横向尺寸的范围受其影响。
九、拉压杆上的最大剪应力发生在于杆轴成45°的斜截面上,其值为横截面正应力的一半。
十、单位长度的变形,称为正应变。
十一、材料的应力——应变曲线:工程中常用的材料的应力应变曲线分成以下几个阶段:1、线性阶段:在拉伸的初始阶段,应力——应变为一直线;此阶段的应力最高点,为材料的比例极限;2、屈服阶段:超过比例极限之后,应力和应变之间不再保持正比例关系。
此阶段内,应力几乎不变,但变形却极具增长,材料失去抵抗继续变形的能力,此种现象称为屈服。
相应的应力称为材料的屈服应力或屈服极限。
3、强化阶段:经过屈服阶段之后,材料又增强了抵抗变形的能力,此种现象称为强化。
强化节点最高点对应的应力称为材料的强度极限。
如果材料表面光滑,当材料屈服时,试样表面将出现于轴线成45°的线纹,作用有最大剪应力。
第四章 屈服准则§ 4-1屈服准则的意义:屈服是弹性变形的终了,塑性变形的开始。
屈服点是一个方向性的从量变到质变的转折点,屈服点以下为弹性变形区,在该区域,随着应力增加,变形量也不断增加,应力和应变的量不断积累,如果积累的量不超过屈服点,一旦卸载,应力和变形又回到原处。
如果积累的量超过了屈服点,材料性质则发生了质的变化,卸载之后,应力和变形都不会回到原处。
材料内部有残余应力,也有不可回复的塑性变形。
屈服点是材料性能上的一个转折点或者说分界点。
屈服点以下的变形特点是线性、单值、可逆,屈服点以上的变形特点恰恰相反,非线性、非单值、不可逆。
因此,屈服点以下是弹性力学研究的范围,而屈服点以上是塑性力学研究的范围。
从弹性方面说,它是弹性变形的极限,是强度的最高峰,由此构成了强度理论,从事结构研究的人绝对不能接近这一值,他们的活动范围是小于该值。
从塑性加工讲,屈服仅仅是塑性变形的开始,一切塑性加工必须从这一点开始,由此构成了屈服准则。
因此可以说,强度理论和屈服准则是同一事物的两个不同的侧面,必须联系起来看,质点处于单向应力状态下,若s σσ=1,对于结构而言,构件已经失效。
对于塑性加工,例如拔丝加工刚刚开始。
我们已 经学过第三][31σσσ≤-、第四强度理论])()()[(21213232221σσσσσσ-+-+-0≤,将第三、第四强度理论综合起来,可以写成C f ij ≤)(σ;和这两个理论相对应的屈服准则可以写成C f ij =)(σ,由此可见,屈服准则可以定义为:当各应力分量之间符合一定关系时,质点才进入塑性状态。
因为它是在解塑性力学问题时,除力学、几何、物理方程之外的补充方程,故又称塑性方程。
屈服准则是各应力分量之间的一种组合关系,这种关系是无限的,所发不能用有限的实验去穷属它,而只能在理想化的理论分析的基础上,用有限的实验支验证它,在逻辑学上叫有限归纳,所以,到目前为止,屈服准则的本质仍然是分析(推理)型的。