压力容器力学基础.ppt
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1、压力容器设计审批人员 考前辅导,山东科技大学: 胡效东 15806590709,第七章 工程力学基础知识,7.1 拉深、压缩、和材料的几个基本力学性能 7.2 直梁的弯曲 7.3 剪切、挤压和扭转 7.4 压杆和受外压壳体的稳定性 7.5 弹性力学和有限单元法基本知识,杆件变形的基本形式,轴向拉伸与压缩 剪切与挤压 扭转 弯曲,拉伸与压缩 扭转 弯曲,工程实例,杆件变形的基本形式,(2)剪切和挤压,剪切变形,剪切变形,挤压变形,杆件变形的基本形式,(3)扭转,(4)弯曲,工程中所用的材料多种多样,不同的材料受力后所表现的力学性质是不同的。只有掌握了材料的力学性质,才能根据构件的受力特征选择合
2、适的材料。,根据材料的力学性质可分为两大类:,拉断时只有很小的塑性变形称为脆性材料,如玻璃、陶瓷、砖石、铸铁等。,拉断时有较大的塑性变形产生称为塑性材料,如钢材、铜等。,7.1 拉深、压缩和材料几个基本力学性能, 标准试件。,拉伸试件,压缩试件,一、试件与试验仪器,低碳钢拉伸时的力学性质,低碳钢拉伸的应力-应变曲线( - 图),根据低碳钢拉伸时记录下来的拉力P 与变形 关系曲线可得应力-应变曲线( - 图),二、材料拉伸时的力学性质,二、材料拉伸时的力学性质,低碳钢拉伸的不同阶段,弹性阶段 (oe段),p - 比例极限,pe - 曲线阶段,op - 比例阶段,e - 弹性极限,二、材料拉伸时的
3、力学性质,屈服(流动)阶段 (e s 段),塑性材料的失效应力:s 。,B、卸载定律,A、-强度极限,C、冷作硬化,强化阶段 ( 段),颈缩(断裂)阶段,二、材料拉伸时的力学性质,1、延伸率:,2、截面收缩率:,5为脆性材料,5为塑性材料,-铸铁拉伸强度极限 (失效应力), 铸铁拉伸时的力学性质,铸铁拉伸时无比例阶段、屈服阶段、缩颈阶段。,二、材料拉伸时的力学性质,低碳钢压缩时的力学性质,低碳钢压缩时的曲线,在屈服阶段之前与拉伸时基本相同,属拉压同性材料。只有在进入强化阶段之后,二者才逐渐分离。,三、材料压缩时的力学性质, 铸铁压缩时的力学性质,y -铸铁压缩强度极限;,y (4 6) L,铸
4、铁压缩时强度极限比拉伸时强度极限大得多,属拉压异性材料;脆性材料抗压不抗拉。,三、材料压缩时的力学性质,1、容许应力:,2、极限应力:,3、安全系数:n,有明显屈服阶段的塑性材料,无明显屈服阶段的塑性材料,脆性材料,四 安全系数、容许应力、极限应力,对没有明显屈服极限的塑性材料,可以将产生0.2%塑性应变时的应力作为屈服指标,并用 0.2 来表示,7.2 直梁的弯曲,7.2.1 弯曲的概念、剪力、弯矩 7.2.2 梁弯曲时的正应力、截面惯性矩、 抗弯截面模量 7.2.3 梁变形曲线的近似微分方程 7.2.4 梁弯曲的强度条件,7.2.1 弯曲的概念、剪力、弯矩,弯曲:直杆的轴线受到通过杆轴线的
5、横向力或力偶的作用下产生的平面弯曲。 产生弯曲变形的直杆叫直梁,简称梁。 梁上作用的外力通常有三种:集中力,集中力偶,分布载荷,梁的基本形式,简支梁:一端固定铰链,另一端活动铰链; 外伸梁:简支梁一端或两端伸出支座以外; 悬臂梁:一端固定,另一端自由。 外力内力应力强度条件和刚度条件,以弯曲为主要变形的构件在工程上称为梁,7.2.1 弯曲的概念、剪力、弯矩,7.2.1 弯曲的概念、剪力、弯矩,内力图的一些规律:,1、q(x)=0:一段梁上无均布荷载,剪力图为一平行于x轴水平线,弯矩图为一斜直线; 2、q(x)=常数:一段梁上有均布荷载,剪力图为一斜直线,弯矩图为一条二次曲线,当均布荷载q(x)
6、向下时,弯矩图凸向上,当均布荷载向上时,曲线凸向下; 3、弯矩的极值:若梁的某一截面上的剪力Q(x)=0,则该截面的弯矩为一极值;,第四节 弯曲时横截面上的正应力及其分布规律,一、纯弯曲的变形特征,平面截面假设 : 各纵向纤维之间互不挤压 中性层,中性轴,二、横截面上的正应力,变形几何条件:,物理条件:弹性范围内,静力平衡,横截面对中性轴z的惯性矩,m4,称为抗弯截面模量,单位为:cm3。,梁纯弯曲时横截面上的最大正应力的公式为:,横力弯曲,横截面翘曲,横向力引起挤压应力 平面假设和各纵向纤维不互相挤压不成立 均布载荷作用下的矩形截面简支梁,L/h5时,按纯弯曲正应力计算,误差1%。,7.3
7、剪切、挤压和扭转,7.3.1 剪切的基本概念 7.3.2 挤压的概念 7.3.3 剪切的虎克定律 7.3.4 圆轴扭转时的强度条件,7.3.1 剪切的基本概念,铆钉连接,销轴连接,剪切受力特点:作用在构件两侧面上的外力合力大小相等、方向相反且作用线很近。,变形特点:位于两力之间的截面发生相对错动。,剪切的实用计算,得切应力计算公式:,切应力强度条件:,常由实验方法确定,假设切应力在剪切面(m-m截面)上是均匀分布的,7.3.2挤压的实用计算,假设应力在挤压面上是均匀分布的,得实用挤压应力公式,挤压强度条件:,常由实验方法确定,*注意挤压面面积的计算,挤压强度条件:,切应力强度条件:,脆性材料:
8、,塑性材料:,4.强度条件,7.3.3 剪切虎克定律,薄圆筒受到在横截面内的扭矩MT作用时,薄圆筒壁的材料将发生剪切变形。 在弹性范围内,剪切力与剪切应变服从剪切虎克定律: G为剪切弹性模量,MPa或Pa;泊松比,E弹性模量,7.3.4 圆轴扭转时的强度条件,变形几何关系 从三方面考虑:物理关系 静力学关系,7.3.4 圆轴扭转时的强度条件,7.3.4 圆轴扭转时的强度条件,7.4 压杆和受外压壳体的稳定性,7.4.1 细长压杆稳定问题 7.4.2 侧向外压和轴向载荷下薄壁圆筒的稳定问题 7.4.3 受外压薄壁球壳的稳定性 7.4.4 非弹性失稳,7.4.1 细长压杆稳定问题,细长杆受到轴向压
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