第五章：4.ppt

高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究 本节内容： 第六章 主要内容 1.低碳钢拉伸时的力学性能 6.1 材料在拉伸时的力学性能 1、弹性阶段OB(变形可完全恢复) 比例极限 弹性极限 2、屈服阶段BC（失去抵抗变形的能力） 屈服极限 3、强化阶段CD（恢复抵抗变形的能力） 强度极限 4、局部变形阶段DE 引入弹性模量常数 E 拉伸过程可分为四个阶段： (虎克定律) 6.1 材料在拉伸时的力学性能 伸长率和断面收缩率 伸长率 断面收缩率 为塑性材料 为脆性材料 低碳钢的 6.1 材料在拉伸时的力学性能 卸载定律及冷作硬化: 过屈服点后卸载、再加载： 卸载定律：材料在卸载过程中应力和应变是线形关系。 材料的比例极限增高，延伸率降低，称之为冷作硬化或加工硬化。 6.1 材料在拉伸时的力学性能 低碳钢拉伸时的力学性能小结： 四个阶段：弹性、屈服、强化、局部变形； 三个强度指标： 比例极限 屈服极限 强度极限 两个塑性指标： 卸载定律及冷作硬化现象。 6.1 材料在拉伸时的力学性能 2.其它材料拉伸时的力学性能 对于没有明显屈服阶段的塑性材料，其屈服强度用条件屈服强度s0.2来表示。 6.1 材料在拉伸时的力学性能 C A D 脆性材料：铸铁拉伸时的力学性能 对于脆性材料(铸铁),拉伸时的应力应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现象，试件突然拉断。断后伸长率约为0.5%。为典型的脆性材料。 σb----拉伸强度极限（约为140MPa）。它是衡量脆性材料(铸铁)拉伸的唯一强度指标。 6.1 材料在拉伸时的力学性能 6.2 材料在压缩时的力学性能 第六章 杆的强度计算 6.2 材料在压缩时的力学性能 试件和实验条件 常温、静载 1. 塑性材料(低碳钢)的压缩： 拉伸与压缩在屈服阶段以前完全相同。 过了屈服阶段，继续压缩时，试件的长度愈来愈短，而直径不断增大，由于受试验机上下压板摩擦力的影响，试件两端直径的增大受到阻碍，因而变成鼓形。 压力继续增加，直径愈益增大，最后被压成薄饼，而不发生断裂，因而低碳钢压缩时测不出强度极限 。 6.2 材料在压缩时的力学性能 济南大学：《建筑力学》 * 5.7 梁的合理截面和等强度梁 *5.8 圆轴的扭转 *5.6 弯曲中心概念 6.1,2 材料在拉伸、压缩时的力学性能 5.6 弯曲中心概念 第五章 直杆的应力 外力都作用在此面内 弯曲变形后轴线仍在对称面内 A B 回顾：平面弯曲 梁具有纵向对称面 *5-6 弯曲中心概念 *5-6 弯曲中心概念 对一些开口薄壁构件，只有当横向力作用在平行于形心主惯性面、且通过某一特定点(弯曲中心)时，才发生平面弯曲。否则，除了发生弯曲外还将引起我们不希望的约束扭转。 截面弯曲中心的位置只和截面的几何尺寸有关，而与外力的大小和材料的性质无关。故它也是截面图形的一个几何性质。 表5-2列出了几种常见的开口薄壁截面弯曲中心的位置 5.7 梁的合理截面 和等强度梁 第五章 直杆的应力 回顾：梁横截面上的应力 剪应力： (5-12) (5-9) 正应力： Q y z (5-10) M smax smax 当弯矩M一定时， 与W成反比； W相同，截面面积A越小越节省材料。 梁的合理截面形状:用最小的A，得到较大的W。 (1)梁的合理截面：用最小的截面面积得到大的抗弯截面系数。 形状和面积相同的截面，采用不同的放置方式： 5.7? 梁的合理截面和等强度梁 面积A相等而形状不同的截面，W越大越合理 。 矩形截面 圆形截面 方形截面 A相同 矩形比正方形合理 正方形比圆形合理 在一般截面中，抗弯截面系数与截面高度的平方成正比。因此，当截面面积一定时，宜将较多材料放置在远离中性轴的部位。 5.7? 梁的合理截面和等强度梁 (1)梁的合理截面：用最小的截面面积得到大的抗弯截面系数。 面积相同时：工字形优于矩形，矩形优于正方形； 环形优于圆形。 截面设计应尽量使拉、压应力同时达到最大值。 smax smin P88,表5-3：用W/A为指标比较各种截面形状的经济合理性。 5.7? 梁的合理截面和等强度梁 (1)梁的合理截面：用最小的截面面积得到大的抗弯截面系数。 5.7? 梁的合理截面和等强度梁 截面形状应与材料特性相适应。 对抗拉和抗压强度相等的塑性材料，宜采用中性轴对称的截面，如圆形、矩形、工字形等。 对抗拉强度小于抗压强度的脆性材料，宜采用中性轴偏向受