第四章 1 岩石的变形

第四章岩石的变形

一、基本概念

1、岩石变形的定义：

岩石变形：

指岩石在任何物理因素作用下形状和大小的变化。

工程上的岩石变形是指在外力作用下引起的形状和大小的变化。 变形类型：

弹性变形、塑性变形、粘性变形。

①弹性变形：

是指材料在外力的作用下发生变形并在外力撤去后立即恢复到

它原有的形状和尺寸的性质。把外力撤去后能够恢复的变形称

为弹性变形。

线弹性：应力——应变关系呈直线关系。

非线性：应力——应变关系呈曲线关系（或完全弹性）。

②塑性变形：

是指材料受力后，在应力超过屈服应力时仍能继续变形而不即行断

裂，撤去外力后，变形又不能完全恢复的性质。不能恢复的变形为

塑性变形（永久变形）。

应力达屈服应力后转为塑性变形。

③粘性：

指材料受力后变形不能在瞬间完成，切应变的速率随应力的大小而改变的性质。应变速率随应力而变化的变形称为流变(流动变形)。

二、岩石变形的力学参数

1、弹性模量

线弹性：

非线弹性：

定义几个弹性模量：

①初始弹性模量

E

i

应力为零时的曲线斜率，即

②切线弹性模量

E

t Array

曲线上任一点的斜率，即

E

③平均弹性模量

av

曲线上近于直线段的斜率。

④割线弹性模量

E

S

曲线原点与曲线上任一点连线的斜率。

2、泊松比

3、剪切模量

4、拉梅常数：

5、体积弹性模量：

其中：

)(3

1

z y x m σσσσ++=

z y x v V

V

εεεε++≈?=

6、卸载模量

卸载曲线的割线斜率。

平均弹性模量w E ，与割线的斜率卸载模量代替弹性模量。

7、变形模量

变形模量为总变形量与平均应力的比值。

对于弹塑性岩石，其变形由弹性变形和塑性变形组成则变形模量是描述岩石的总体变形。

三、岩石变形的基本特征

1、变形阶段

由岩石变形曲线的变化特征，可分为四个阶段：

1） 0～A 段，为弹性阶段 应力 — 轴向应变(y σσ~)曲线微呈上凹形，

即由初始弹性模量变到平均弹模。

2）A ～B 段，为弹性阶段

应力—轴向应变曲线接近于直线，其弹性模量为常数，等于直线的斜率，即平均弹性模量av E 。

应力—横向应变曲线(x εσ-)也接近于直线。其μ值接近于常数，体积应变也呈线性增加。这一阶段属于弹性工作阶段。 3）B ～C 段，为塑性阶段

应力—轴向应变(y σσ~)曲线向下弯曲，曲线的斜率随应力的增加而逐渐降低，切线弹模由平均弹模降至零。在这一范围内，岩石将发生不可恢复的

变形，加载和卸载的每次循环都是不同的曲线。

应力—横向应变曲线(x εσ-)逐渐变缓； 体积应变减少，即岩石的体积由压缩转为膨胀。这一阶段属于塑性阶段，主要是在轴向形成新的细微裂隙。

B 点为岩石从弹性转变为塑性的转折点，相应的应力为屈服应力。

4）C ～D 段，破坏阶段

应力—轴向应变(y σσ~)为下降曲线，其斜率为负值。从C 点开始为材料破坏后的变形，C 点为岩石破坏时的最大轴向应力，即单轴抗压强度c R 。

在C ～D 这一区段内，卸载可能产生很大的残余变形，卸载

后再加载的曲线终点U （与CD 线相交）低于卸载的初始点S 。

2、应力－应变曲线类型

根据大量试验结果，共有六种类型。

类型Ⅰ：

直线，直到试样发生突然破坏为止。

白云岩等，属于弹性材料。

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？

最新习题答案第4章弯曲工艺及弯曲模具设计

第四章弯曲工艺及弯曲模具设计 一、填空题(每空1分，共分) 1．将各种金属坯料沿直线弯成一定角度和曲率,从而得到一定形状和零件尺寸的冲压工序称为弯曲。（4-1） 2．窄板弯曲后其横截面呈扇形形状。（4-1） 3．在弯曲变形区内，内缘金属切向受压而缩短，外缘金属切向受拉而伸长，中性层则保持不变。（4-1） 4．弯曲时外侧材料受拉伸,当外侧的拉伸应力超过材料的抗拉强度以后,在板料的外侧将产生裂纹,此中现象称为弯裂。（4-2） 5．在外荷作用下,材料产生塑性变形的同时,伴随弹性变形,当外荷去掉以后,弹性变形恢复,使制件的形状和尺寸都发生了变化,这种现象称为回弹。（4-2） 6．在弯曲过程中，坯料沿凹模边缘滑动时受到摩擦阻力的作用，当坯料各边受到摩擦阻力不等时，坯料会沿其长度方向产生滑移，从而使弯曲后的零件两直边长度不符合图样要求，这种现象称之为偏移。（4-2） 7．最小弯曲半径的影响因素有材料力学性能、弯曲线的方向、材料热处理状况、弯曲中心角。（4-2） 8．轧制钢板具有纤维组织，平行于纤维方向的塑性指标高于垂直于纤维方向的塑性指标。（4-2） 9．为了提高弯曲极限变形程度，对于经冷变形硬化的材料，可采用热处理以恢复塑性。（4-2） 10．为了提高弯曲极限变形程度，对于侧面毛刺大的工件，应先去毛刺，当毛刺较小时，也可以使毛刺的一面处于弯曲受压的内缘，以免产生应力集中而开裂。（4-2）11．弯曲时，为防止出现偏移，可采用压料和定位两种方法解决。（4-2）12．弯曲时，板料的最外层纤维濒于拉裂时的弯曲半径称为最小弯曲半径。（4-2）13．弯曲变形的回弹现象的表现形式有曲率减小、弯曲中心角减小两个方面。（4-2） 14．在弯曲工艺方面，减小回弹最适当的措施是采用校正弯曲。（4-3）15．常见的弯曲模类型有：单工序弯曲模、级进弯曲模、复合弯曲模、通用弯曲模。（4-6） 16．对于小批量生产和试制生产的弯曲件，因为生产量小，品种多，尺寸经常改变，采用常用的弯曲模成本高，周期长，采用手工时强度大，精度不易保证，所有生产中常采用通用弯曲模。（4-6） 17．凹模圆角半径的大小对弯曲变形力、模具寿命、弯曲件质量等均有影响。（4-6）二、判断题（每小题分，共分） 1．（×）弯曲中性层就是弯曲件的中心层。（4-1） 2．（×）板料的弯曲半径与其厚度的比值称为最小弯曲半径。（4-2） 3．（×）弯曲件的回弹主要是因为冲件弯曲变形程度很大所致。（4-2） 4．（√）校正弯曲可以减少回弹。（4-2） 5．（×）弯曲线的方向与板料的轧制方向垂直有利于减少回弹。（4-2） 6．（×）弯曲时，模具间隙越大，回弹角越小。（4-2） 6．（×）一般弯曲U形件时比V形件的回弹角大。（4-2） 7．（√）弯曲件的精度受坯料定位、偏移、回弹，翘曲等因素影响。（4-3）

第四章杆件的变形简单超静定问题

第四章 杆件的变形 简单超静定问题 一 、基本要求 1．熟练掌握拉（压）杆变形计算 2．熟练掌握圆轴扭转变形计算与刚度条件 3．掌握积分法求梁的弯曲变形 4．熟练掌握叠加法求弯曲变形与梁的刚度计算 5．理解超静定概念，熟练掌握简单超静定问题的求解方法 6．了解弹性体的功能原理，掌握杆件基本变形的应变能计算 二、 内容提要 1．拉（压）杆的轴向变形、胡克定律 拉（压）杆的轴向变形为l ?,l l l -=?1,式中l 、1l 分别为变形前、后杆的长度。 当杆的应力不超过材料的比例极限时，可以应用胡克定律计算杆的轴向变形，即 EA l F l N ?=? （4.1） 图 4.1 式中，EA 称为杆件的抗拉（压）刚度。显然，轴力F N 为正时，△l 为正，即伸长变形；轴力F N 为负时，△l 为负，即缩短变形。 公式（4.1）的适用条件： （1） 材料在线弹性范围，即p σσ≤； （2） 在长度l 内，F N ，E ，A 均为应力常量。当以上参数沿杆轴线分段变化 时，则应分段计算变形，然后求代数和得总变形。即 ∑ ==?n i i i i N A E l F l i 1 （4.2） 当F N ，A 沿杆轴线连续变化时，式（4.2）化为 ()() ? =?l N x EA dx x F l 0 （4.3） 2．拉压超静定问题 定义 杆系未知力的数目超过静力平衡方程的数目，仅用静力平衡方程不能确定全部未知力。这类问题，称为超静定问题，或静不定问题。 超静定问题的求解方法 根据变形协调条件建立变形几何方程，将变形与协调关系与力之间的物理关系带入几何方程得到补充方程，再与静力平衡方程联立求解，可得到全部未知力。

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。

第四章 杆件的变形计算

第四章杆件的变形计算 杆件在载荷作用下都将发生变形，过大的变形将影响杆件的正常使用，必须加以限制，而有时又希望杆件能有较大的变形，以起缓冲作用，如弹簧等，因此必须计算杆件的变形。本章具体讨论了拉伸（压缩）、扭转、弯曲三种情况的杆件变形计算。 第一节拉（压）杆的轴向变形 直杆在沿其轴线的外力作用下，纵向发生伸长或缩短变形，而其横向相应变细或变粗，如图4-1所示。设杆原长l，宽b，在力F作用下产生变形，变形后长l1，宽b1。则杆件在轴线方向的伸长为 纵向应变为 根据虎克定律和拉（压）杆横截面正应力公式，可以得到 （4-1） 上式表明，杆的轴向变形值与轴力F N及杆长l成正比，与材料的杨氏模量及杆的横截面面积成反比。因此EA称为拉（压）杆的抗拉（压）刚度，EA值越大，杆件刚度越大，在一定外力作用下单位长度变形量就越小。 另一方面，横向变形,横向应变。通过试验发现，当材料在弹性范围内时，拉（压）杆的纵向应变与横向应变之间存在如下比例关系： (4-2a) 或=-（4-2b） 式中比例常数称为泊松比。弹性模量E、泊松比及切变模量G均是材料的弹性常数，可由实验测得。对于各向同性材料，可以证明这三个弹性常数之间存在下列关系： （4-3）

材料的值小于0.5，表4-1列出几种常见金属材料的E和的值。 例4-1 阶梯形直杆受轴力如图4-2，已知该杆AB段横截面面积A1=800mm2 , 段横截面面积A2=240mm2，杆件材料的弹性模量为E=200GPa。试求该杆总伸长量。 解（1）求AB、BC段轴力 F NAB=40kN（拉），F NBC=-20kN（压） （2）求AB、BC段伸长量 AB段 BC段 由以上计算可以看出，AB段是伸长，而BC段是缩短。 （3）AC杆总伸长 AC杆计算结果为负，说明AC杆是缩短而不是伸长。 例4-2 图示桁架，钢杆AC横截面面积A1=960mm ，弹性模量E1=200GPa。木杆BC横截面，杨氏模量E2=10GPa 。求铰节点C的位移。

岩体的变形与破坏的本构关系

第三章岩体的变形与破坏 变形：不发生宏观连续性的变化，只发生形、体变化。 破坏：既发生形、体变化、也发生宏观连续性的变化。 1．岩体变形破坏的一般过程和特点 （1）岩体变形破坏的基本过程及发展阶段 ①压密阶段（OA段）： 非线性压缩变形—变形对应力的变化反应明显； 裂隙闭合、充填物压密。 应力-应变曲线呈减速型（下凹型）。 ②弹性变形阶段（AB段）： 经压缩变形后，岩体由不连续介质转变为连续介质； 应力-应变呈线性关系； 弹性极限B点。 ③稳定破裂发展阶段（BC段）： 超过弹性极限（屈服点）后，进入塑性变形阶段。 a．出现微破裂，随应力增长而发展，应力保持不变、破裂则停止发展； b.应变：侧向应变加速发展，轴向应变有所增高，体积压缩速率减缓（由于微破裂的出现）；

④不稳定破裂发展阶段（CD段）： 微破裂发展出现质的变化： a.破裂过程中的应力集中效应显著，即使是荷载应力保持不变，破裂仍会不断地累进性发展； b. 最薄弱部位首先破坏，应力重分布导致次薄弱部位破坏，直至整体破坏。“累进性破坏”。 c. 应变：体积应变转为膨胀，轴向及侧向应变速率加速增大； ※结构不均匀；起始点为“长期强度”； ⑤强度丧失、完全破坏阶段（DE段）： 破裂面发展为宏观贯通性破坏面，强度迅速降低， 岩体被分割成相互分离的块体—完全破坏。 （2）岩体破坏的基本形式 ①张性破坏（图示）； ②剪切破坏（图示）：剪断，剪切。 ③塑性破坏（图示）。 破坏形式取决于：荷载条件、岩体的岩性及结构特征； 二者的相互关系。 ①破坏形式与受力状态的关系： a.与围压σ3有关： 低围压或负围压—拉张破坏（图示）； 中等围压—剪切破坏（图示）； 高围压（150MN/m2=1500kg/cm2）—塑性破坏。 的关系： b.与σ 2 σ2/σ 3 <4（包括σ 2 =σ3），岩体剪断破坏，破坏角约θ=25°； σ2/σ 3 >8（包括σ 2 =σ1）：拉断破坏，破坏面∥σ1，破坏角0°; 4≤σ2/σ3≤8：张、剪性破坏，破坏角θ=15°。 ②破坏形式与岩体结构的关系： 完整块体状—张性破坏； 碎裂结构、碎块结构—塑性破坏； 裂隙岩体—取决于结构面与各主应力之间的方位关系。

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

(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

结构杆件的受力变形

结构杆件的受力变形 高二（10）班黄钦仪魏萌 指导教师邹樑 摘要 这篇论文通过实验，向我们展示了结构杆件在刚性连接下的受力变形特点以及杆系的不同部位受力对其他部位的影响，并提出了在建筑构筑物时选材的几点建议，为我们设计杆件提供最基本的资料。 研究目的 研究杆件的变形有以下三个目的： 1、使我们了解设计杆件时，除了要满足强度条件以保证安全外，还要满足其刚度条件以保证其正常工作。也就是要求杆件在荷载作用下，弯曲变形不得超过允许范围。 2、是将来我们学习杆件的变形计算的基础。 3、通过实验的分析和对资料的整理，提高了我们分析问题和解决问题的能力。 问题提出 在工程实际中，承受荷载和传递荷载的结构的构件在荷载的作用下，引起周围构件对它们的反作用，同时，构件本身因受内力作用而将产生变形，并且存在发生破坏的可能性。 构件在怎样的受力情况下会产生怎样的变形，构件在受力变形下会不会影响构筑物的正常使用，以及柱子等细长杆件受压时会不会出现屈曲现象致使杆件不能承担荷载，并由此引起整个构筑物的倒坍等都是我们将研究的问题。

研究方法：1收集资料2实验观察3画图分析4访问专业人士 材料：橡胶（型号：HD2803）、胶水 研究结果：在设计房屋、桥梁的楼面时，板和梁是用得最多的结构形式，在横向荷载的作用下，梁将产生弯曲变形，用橡胶做成梁的模型，这种弯曲变形就看得很清楚。 在加载之前，先在杆件的侧面上，划上许多横向直线和纵向直线，然后加载。 1、首先，我们做了一个最简单的杆件受力变形实验。 在一根杆件的两端支两个支点，再在这根杆件上加载（如图） 在加载的过程中可以观察到，杆件受载后弯曲了，但那些纵向直线仍保持直线形式，不过相对旋转了一个角度。 设想梁是由无数纵向纤维所组成，由于弯曲而使截面转动，就使梁凹边纤维缩短，凸边纤维伸长，于是中间必有一层纤维是没有长度改变

第三章材料力学的基本概念第六节杆件变形的基本形式分析

第三章材料力学的基本概念 第六节杆件变形的基本形式 有下列说法，________是错误的。 A．杆件的几何特征是长度远大于横截面的尺寸 B．杆件的轴线是各横截面形心的连线 C．杆件的轴线必是直线 D．A+B+C 下列说法________是正确的。 A．与杆件轴线相正交的截面称为横截面 B．对于同一杆件，各横截面的形状必定相同 C．对于同一杆件，各横截面的尺寸必定相同 D．对于同一杆件，各横截面必相互平行 下列说法________是正确的。 A．与杆件轴线相平行的截面称为横截面 B．对于同一杆件，各横截面的形状必定相同 C．对于同一杆件，各横截面的尺寸不一定相同 D．对同一杆件，各横截面必相互平行 不管构件变形怎样复杂，它们常常是由________种基本变形形式所组成。 A．3 B．4 C．5 D．6 不管构件变形怎样复杂，它们常常是轴向拉压、________、扭转和弯曲等基本变形形式所组成。 A．位移 B．错位 C．膨胀 D．剪切 不管构件变形怎样复杂，它们常常是轴向拉压、剪切、________和________等基本变形形式所组成。 A．错位/膨胀 B．膨胀/弯曲 C．弯曲/扭转 D．扭转/位移 在一对大小相等、方向相反的沿杆件轴线的外力作用下使杆件产生伸长变化的变形，称为________。 A．弯曲变形 B．扭转变形

C．轴向拉伸变形 D．剪切变形 在一对大小相等、方向相反的沿杆件轴线的外力作用下使杆件产生缩短变化的变形，称为________。 A．弯曲变形 B．扭转变形 C．轴向压缩变形 D．剪切变形 受拉压变形的杆件，各截面上的内力为________。 A．剪力 B．扭矩 C．弯矩 D．轴力 轴力的单位是________。 A．牛顿 B．牛顿/米 C．牛顿·米 D．牛顿/米2 关于轴力，下列说法中________是正确的。 ①轴力是轴向拉压杆横截面上唯一的内力；②轴力必垂直于杆件的横截面；③非轴向拉压的杆件，横截面上不可能有轴向力；④轴力作用线不一定通过杆件横截面的形心。 A．①② B．③④ C．①③ D．②④ 受拉压变形的杆件，各截面上的应力为________。 A．正应力 B．扭应力 C．剪应力 D．弯应力 受拉压变形的杆件，各截面上的内力为________。 A．正应力 B．剪应力 C．拉压应力 D．轴力 受拉压变形的杆件，各截面上的应力为________。

第三章 杆件的基本变形

第三章 杆件的基本变形 这一章主要研究材料力学的有关内容，主要研究各种构件在外力作用下的内力和变形。在保证满足强度、刚度和稳定性的前提下，为构件选用适宜的材料、确定合理的截面形状和尺寸，以达到即安全又经济的目的。 材料力学的研究对象主要是“杆件”，所谓杆件是指纵向（长度方向）尺寸远比横向（垂直于长度方向）尺寸大的多的构件，例如柱、梁和传动轴等。杆有两个主要的几何因素，即横截面和轴线。横截面指的是垂直于轴线方向的截面，后者即为所有横截面形心的连线。 杆件在外力作用下产生的变形，因外力作用的方式不同而有下列四种基本形式： （1） 轴向拉压变形； （2） 剪切变形； （3） 扭转变形， （4） 弯曲变形。 在工程实际中，有些构件的变形虽然复杂，但总可以看作是由以上几种基本变形组合而成，称为组合变形。 第1节 拉伸和压缩 在工程结构和机器中，有许多构件是轴向拉伸和压缩作用。本节主要讨论轴向拉伸的压缩时杆的内力和变形，并对材料在受拉、压时的力学性能进行研究，从而得出轴向拉、压杆的强度计算方法。 1、 内力与截面法 1、内力的概念 杆件在外力作用下产生变形，其内部的一部分对另一部分的作用称为内力。显然，若外力消失，则内力也消失，外力增大，内力也增大。但是对一定的材料来说，内力的增加只能在材料所特有的限度之内，超过这个限度，物体就会破坏。所以，内力与强度是密切相关的。 2、截面法 设一直杆，两端受轴向拉力F作用。为了求出此杆任一截面m-m上的内力，，我们可以假想用一个平面，沿截面m_m将杆截断，把它分成Ⅰ、Ⅱ两部分，取Ⅰ段作为研究对象。在Ⅰ段的截面m_m上到处都作用着内力，其合力为F N。F N是Ⅱ段对Ⅰ段的作用力，并与外力F相平衡。由于外力F的作用线沿杆件轴线，显然，截面 m_m上的内力的合力也必然沿杆件轴线。对Ⅰ段建立平衡方程： F N-F=0 得 F N＝F

1-10杆件变形的基本形式

1－10杆件变形的基本形式 作用在杆上的外力是多种多样的，杆件相应产生的变形也有各种形式。经过分析，杆的变形可归纳为四种基本变形的形式，或是某几种基本变形的组合。四种基本变形的形式计有： 1． 拉伸或压缩(tension and compression) 这类变形是由大小相等、方向相反，作用线与杆件轴线重合的一对力所引起的，表现为杆件的长度发生伸长或缩短，杆的任意两横截面仅产生相对的纵向线位移。下图表示一简易起重吊车，在载荷 F的作用下，斜杆承受拉伸而 水平杆承受压缩。此外起吊重物的吊索、桁架结构中的杆件、千斤顶的螺杆等都属于拉伸或压缩变形。 F 1 F 2 2．剪切(shear) 这类变形是由大小相等、方向相反、作用线垂直于杆的轴线且距离很近的一对横力引起的，其变形表现为杆件两部分沿外力作用方向发生相对的错动。下图表示一铆钉连接，铆钉穿过钉孔将上下两板连接在一起，板在拉力F作用下，而铆钉本身承受横向力产生剪切变形，（图（b））。机械中常用的连接件如键、销钉、螺栓等均承受剪力变形。

3．扭转(torsion) 这类变形是由大小相等，转向 相反，两作用面都垂直于轴线的两个力偶引起的， 变形表现为杆件的任意两横截面发生绕轴线的相 对转动（即相对角位移），在杆件表面的直线扭曲 成螺旋线。例如，汽车转向轴在运动时发生扭转变 形。此外汽车传动轴、电机与水轮机的主轴等，都 是受扭转的杆件。 4．弯曲(bending) 这类变形是由垂直于杆件的横向力，或由作用于包含杆轴的纵向平面内的一对大小相等、转向相反的力偶所引起的，表现为杆的轴线由直线变为曲线。工程上，杆件产生弯曲变形是最常遇到的，如火车车辆的轮轴（见下图）、桥式起重机的大梁、船舶结构中的肋骨等都属于弯曲变形杆件。 机械中的零部件大多数同时承受几种基本变形，例如机床的主轴工作时承受弯曲、扭转与压缩三种基本变形的组合，钻床主柱同时承受拉伸与弯曲变形的组合，这种情况称为组合变形。我们先依次分别讨论杆件在四种基本变形下的强度和刚度，然合再讨论组合变形时的强度和刚度问题。 F (b) M

第三章 杆件的基本变形

第三章杆件的基本变形 这一章主要研究材料力学的有关内容，主要研究各种构件在外力作用下的内力和变形。在保证满足强度、刚度和稳定性的前提下，为构件选用适宜的材料、确定合理的截面形状和尺寸，以达到即安全又经济的目的。 材料力学的研究对象主要是“杆件”，所谓杆件是指纵向（长度方向）尺寸远比横向（垂直于长度方向）尺寸大的多的构件，例如柱、梁和传动轴等。杆有两个主要的几何因素，即横截面和轴线。横截面指的是垂直于轴线方向的截面，后者即为所有横截面形心的连线。 杆件在外力作用下产生的变形，因外力作用的方式不同而有下列四种基本形

式： （1）轴向拉压变形； （2）剪切变形； （3）扭转变形， （4）弯曲变形。 在工程实际中，有些构件的变形虽然复杂，但总可以看作是由以上几种基本变形组合而成，称为组合变形。 第一节拉伸和压缩 在工程结构和机器中，有许多构件是轴向拉伸和压缩作用。本节主要讨论轴向拉伸的压缩时杆的内力和变形，并对材料在受拉、压时的力学性能进行研究，从而得出轴向拉、压杆的强度计算方法。 一、内力与截面法 1、内力的概念

杆件在外力作用下产生变形，其内部的一部分对另一部分的作用称为内力。显然，若外力消失，则内力也消失，外力增大，内力也增大。但是对一定的材料来说，内力的增加只能在材料所特有的限度之内，超过这个限度，物体就会破坏。所以，内力与强度是密切相关的。 2、截面法 F F m m F NⅡ N F ⅠF F 设一直杆，两端受轴向拉力F作用。为了求出此杆任一截面m-m上的内力，，我们可以假想用一个平面，沿截面m_m将

杆截断，把它分成Ⅰ、Ⅱ两部分，取Ⅰ段作为研究对象。在Ⅰ段的截面m_m上到处都作用着内力，其合力为F N。F N是Ⅱ段对Ⅰ段的作用力，并与外力F相平衡。由于外力F的作用线沿杆件轴线，显然，截面m_m上的内力的合力也必然沿杆件轴线。对Ⅰ段建立平衡方程： F N-F=0 得 F N＝F 将受外力作用的杆件假想地切开用以显示内力，并以平衡条件来确定其合力的方法，称为截面法。 所以求杆件内力的方法—截面法可概述如下： 截取代平 二、拉伸与压缩的受力、变形特点 构件一般都为直杆，因此在计算中