材料力学专业英语.pptx
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1、Chapter1 Tension and Compression第一章第一章拉伸与压缩拉伸与压缩Axially Loaded Bar The simplest case to consider at the start is that of an initially straight metal bar of constant cross section,loaded at its ends by a pair of oppositely directed collinear forces coinciding with the longitudinal axis of the bar and
2、 acting through the centroid of each cross section.For static equilibrium the magnitudes of the forces must be equal.If the forces are directed away from the bar,the bar is said to be in tension;if they are directed toward the bar,a state of compression exists.These two conditions are illustrated in
3、 Fig.1-1.轴向受载杆件轴向受载杆件同线的同线的质心质心平衡平衡大小大小不变的不变的 首先我们研究最简单情况:一等截面金属直杆在其两首先我们研究最简单情况:一等截面金属直杆在其两端承受一对共线、反向力的作用。这两个力的作用线与各截端承受一对共线、反向力的作用。这两个力的作用线与各截面形心组成的纵向轴线重合,为了满足静力学平衡条件,这面形心组成的纵向轴线重合,为了满足静力学平衡条件,这两个力的数值必须相等。如果这两个力的方向是离开此杆的,两个力的数值必须相等。如果这两个力的方向是离开此杆的,杆将承受拉伸;如果这两个力是指向此杆的,杆将承受压缩,杆将承受拉伸;如果这两个力是指向此杆的,杆将承
4、受压缩,如图如图1-1所示。所示。Fig.1-1图1-1 Under the action of this pair of applied forces,internal resisting forces are set up within the bar and their characteristics may be studied by imagining a plane to be passed through the bar anywhere along its length and oriented perpendicular to the longitudinal axis of
5、 the bar.Such a plane is designated as a-a in Fig.1-2(a).Fig.1-2 图1-2垂直的,垂直的,正交的正交的 在这样两个力的作用之下,杆的内部将产生抗力。我们在这样两个力的作用之下,杆的内部将产生抗力。我们可以用位于杆轴某处、且与杆轴垂直的假想截面来研究杆的可以用位于杆轴某处、且与杆轴垂直的假想截面来研究杆的内部抗力,这样的截面如图内部抗力,这样的截面如图1-2(a)中的)中的a-a所示。所示。If for purposes of analysis the portion of the bar to the right of this
6、plane is considered to be removed,as in Fig.1-2(b),then it must be replaced by whatever effect it exerts upon the left portion.By this technique of introducing a cutting plane,the originally internal forces now become external with respect to the remaining portion of the body.For equilibrium of the
7、portion to the left this“effect”must be a horizontal force of magnitude P.However,this force P acting normal to the cross-section a-a is actually the resultant of distributed forces acting over this cross section in a direction normal to it.施加(力)施加(力)水平的水平的法线法线合力合力分布式的分布式的为了分析计算,可考虑将此截面右侧的杆段除去,如图为了分
8、析计算,可考虑将此截面右侧的杆段除去,如图1-2(b)所示。因而,必须补充右侧杆段对左侧杆段的作用。所示。因而,必须补充右侧杆段对左侧杆段的作用。用此处引入的截面法,初始的内力便成为保留杆段的外力。为用此处引入的截面法,初始的内力便成为保留杆段的外力。为使左侧杆段平衡,这种效应在数值上等于水平力使左侧杆段平衡,这种效应在数值上等于水平力P。然而,沿。然而,沿截面截面a-a法向作用的力法向作用的力P实际上是截面上法向分布力合成的结实际上是截面上法向分布力合成的结果。果。Fig.1-2 图1-2 Instead of speaking of the internal force acting on
9、 some small element of area,it is better for comparative purposes to treat the normal force acting over a unit area of the cross section.The intensity of normal force per unit area is termed the normal stress and is expressed in units of force per unit area,e,g.,1N/m2.Normal Stress法应力法应力把把称作称作比较的比较的
10、应力应力替代讨论作用在某处小面积上内力,最好转为处替代讨论作用在某处小面积上内力,最好转为处理单位面积上法向力。单位面积上法向力的强度理单位面积上法向力。单位面积上法向力的强度称为法应力,它是用单位面积上的作用力单位表称为法应力,它是用单位面积上的作用力单位表示的,亦即示的,亦即1If the forces applied to the ends of the bar are such that the bar is in tension,then tensile stresses are set up in the bar;if the bar is in compression we ha
11、ve compressive stresses.It is essential that the line of action of the applied end forces pass through the centroid of each cross section of the bar.如果杆端的力使杆拉伸,杆内就产生拉应力,如果杆是受压如果杆端的力使杆拉伸,杆内就产生拉应力,如果杆是受压缩的,杆内产生压应力。施加在杆端的力作用线必须通过每缩的,杆内产生压应力。施加在杆端的力作用线必须通过每一个截面形心。一个截面形心。The axial loading shown in Fig.1-
12、2(a)occurs frequently in structural and machine design problems.To simulate this loading in the laboratory,a test specimen is held in the grips of either an electrically driven gear-type testing machine or a hydraulic machine.Both of these machines are commonly used in materials testing laboratories
13、 for applying axial tension.Test Specimens试样样品样品夹具夹具电力地电力地液压的液压的应用,施加应用,施加 图图1-2(a)所示的轴向载荷经常出现在结构)所示的轴向载荷经常出现在结构和机械设计中,为了在实验室中模拟这种轴向载和机械设计中,为了在实验室中模拟这种轴向载荷,试件应夹持在电子或液压万能试验机的夹头荷,试件应夹持在电子或液压万能试验机的夹头中。这两种试验机通常在材料实验室用做施加轴中。这两种试验机通常在材料实验室用做施加轴向载荷。向载荷。In an effort to standardize materials testing techniqu
14、es the American Society for Testing Materials(ASTM)has issued specifications that are in common use.Only two of these will be mentioned here,one for metal plates thicker than in(4.76mm)and appearing as in Fig.1-3,the other for metals over 1.5in(38mm)thick and having the appearance shown in Fig.1-4.在
15、材料实验技术规范标准中,美国材料实验协会颁布在材料实验技术规范标准中,美国材料实验协会颁布了详细的使用说明。此处只讲其中两种试件。一种厚度超了详细的使用说明。此处只讲其中两种试件。一种厚度超过过3/16in(4.76mm)的金属板试件如图)的金属板试件如图1-3所示,另外一所示,另外一种直径为种直径为1.5in(38mm)的金属圆棒状试件如图)的金属圆棒状试件如图1-4所示。所示。标准化标准化As may be seen from these figures,the central portion of the specimen is somewhat smaller than the end
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