材料力学在钓竿设计中的应用

材料力学在钓竿设计中的应用

柯小丽本硕131班 5603513037

一、摘要

钓竿是我们生活中常见的一种娱乐工具，随着材料科学的发展，钓竿的材质发生了革命性的变化，本文就探讨了钓竿的最古老的材质——竹子与最新材质——碳纤维制作钓竿的优势。其中竹竿的结构特征使其成为了最佳制作钓竿的天然材料；碳纤维竿在竹竿结构的基础上改善材料的综合性能——质轻、抗拉强度高等，使其成为目前制作钓竿的最优材料

二、前言

2.1问题提出

从古至今，垂竿钓鱼一直是人们酷爱的一项文体活动。随着材料科学的进步，钓竿的材质发生了革命性的变化，即由竹竿发展到玻璃钢竿，由玻璃钢竿正在向碳竿（碳纤维复合材料）过渡]1[。

以上三种不同材质的钓竿有如下性质：

钓竿材质详情

竹竿

使用历史最长的钓竿，竹竿有单节和多节之分，价格低廉，

强度较好，重量重，体积大，竿体不够平直，弹性较差

玻璃纤维竿轻巧结实，富有弹性，韧性，美观大方，竿体挺直，携带方便多系内藏伸缩式结构，价格适中

碳素纤维竿目前性能最好的钓竿，质量更轻，强度更高，耐磨性和耐腐蚀性更好]2[

据我们所知，竹竿上相邻竹节间是空心的，新型的碳纤维竿也是空心的，这样的结构对其强度和刚度有何好处呢？是因为竹子的这种结构才使得其成为最适合做钓竿的天然材质吗？那么竹竿和碳纤维竿又分别有哪些力学性质呢？

2.2分析问题

从力学角度看，钓竿应具有以下特点：

（1）轻；（2）细而长，刚而强；

（3）重心适当；在设计钓竿时，应考虑到重量、重心和力矩之间的关系。

（4）挺拔适中；一般要求钓竿在承受负荷时垂直（扰度）变换点的位置对总长的比例要适中。

（5）衰减特性好；碳竿不仅比玻璃钢竿轻22%，而且对振动的传递性能也比它好得多。碳竿可把微妙的鱼信迅速传递到垂钓者的手中，且可使钓竿的振幅很快减幅复原。

（6）信赖度高；钓竿的强度可靠性要高，足以把上钩的鱼拎出水面而竿不断。

（7）此外，钓竿还应具备耐疲劳、耐候性等方面的要求]1[。

而材料力学的任务就是在满足强度、刚度和稳定性的要求下，以最经济的代价为构件确定合理的形状和尺寸，选择适宜的材料，为构件设计提供必要的理论基础的计算方法。换句话说，材料力学是解决构件的安全与经济问题。所谓安全是指构件在外力作用下要有足够的承载能力，即构件要满足强度、刚度和稳定性的要求。所谓经济是指

节省材料，节约资金，降低成本。当然构件安全是第一位的，降低经济成本是在构件安全的前提下而言的。实际工程问题中，构件都应有足够的强度、刚度和稳定性。本文以钓竿为研究对象，研究其材料性能对可靠度的影响。

三、钓竿的力学分析

3.1竹竿

传统的竹竿的破坏形式主要以折断为主，即属于弯曲以致竿件受到破坏，根据材料力学的弯曲强度理论，弯曲正应力是控制强度的主要因素。弯曲强度理论是[]σσ≤=y

W M max max ，因此，要提高竿的强度，除了合理安排受力，降低max M 的数值以外，主要是采用合理的截面形状，

尽量提高抗弯截面模量W 的数值。而对于钓竿来说，无法确定或改变

max M ，

所以只能通过增大抗弯截面模量W 来提高弯曲强度。分析可知，竹子分为很多节，即竹节，每个竹节就相当于一个横向抗扭箱，抵抗水平方向上的扭矩，在此为方便对弯曲强度和稳定性的分析，特将竹竿等效为薄壁圆筒（忽略中间竹节的影响），与其他天然材料（等效为等直圆杆）进行比较，验证其作为钓竿首选天然材质的结构优势。

3.1.1弯曲强度分析：

实心圆截面和空心圆截面的抗弯截面模量分别是：

W 实=(1/32)πd 3，

W 空=(1/32)πD 3(1-α4) ，

式中，d 是实心杆直径，D 是空心杆外径，D 1是空心杆内径，α=D 1/D 为空心杆内外径之比。

当空心杆和实心杆的截面积相同时

1/4πd 2=1/4π（D 2-D 12）

可得d 2=D 2-D 12=(1-α2)D 2

122

=(1-)d D α 把上式代入实心圆截面的抗弯截面模量 3123223223232=

(1-(1-(1-)=))W D D αααππ实 与432233232=(1-(1-(1+)=))W D D αααπ

π

空比较可见，空心圆截面的抗弯

截面模量比等截面积的实心圆截面的抗弯截面模量大，并且空心圆截面杆的内、外直径的比值α越大，其抗弯截面模量越大，抗弯截面模量越大，竿的抗弯强度越高。因此，空心竿比实心竿的抗弯强度高。例如α = 0.7时，空心竿是同样重量的实心竿的抗弯强度的两倍，因为竿件横截面上的任意点处的弯曲正应力与该点到中性轴的距离成正比。即竿横截面上离中性轴越远，正应力越大，中性轴附近的正应力较小，这样中性轴附近材料的性能未能充分发挥。为了充分利用材料，应尽可能地把材料置放在离中性轴较远的地方。空心圆截面是将

实心圆截面中性轴附近的集中材料移置到离中性轴距离较远处，以提高其抗弯强度。

挠度和转角是弯曲变形的两个基本量，竿件抵抗弯曲变形的能力即为弯曲刚度。挠度和转角与竿件横截面对中性轴的惯性矩成反比，即惯性矩越大，弯曲变形越小，弯曲刚度越高。所以增大竿件横截面对中性轴的惯性矩，是提高弯曲刚度的有效措施之一。

实心圆截面和空心圆截面对其中性轴的惯性矩分别是:

I 实=π/64d 4，

I 空=π/64D 4（1-α4），

式中d 、D 、α、D 1的含义同前面。

当空心竿和实心竿的截面积相等时，空心圆截面比实心圆截面对其中性轴的惯性矩大，并且空心圆截面内外直径的比值α越大，其对中性轴的惯性矩越大，惯性矩越大，杆的抗弯刚度越高。因此，空心竿比实心杆的抗弯刚度要好。

竹竿上细下粗，是变截面竿件。同时竹竿可看成是轴线铅垂的悬臂梁。在外荷载作用下，沿竿自上而下各截面的弯矩越来越大，竹竿底部所受的弯矩最大，所以竹竿下端较受小弯矩的上端粗。竹竿上细下粗这一特征也是等强度杆的应用。竹竿这种上细下粗的中空结构在满足其承载能力的前提下，减轻了自重，方便渔民携带。

3.1.2 稳定性分析

竹竿的中空结构同时提高了其稳定性，由临界压力的欧拉公式:

22cr =()

E I P l πμ

可得截面的惯性矩越大，则临界压力越大，

又由经验公式:

σcr =a-b λ

可知，柔度λ越小临界压力越高， l i μλ= z

I i A =

可见，提高惯性半径i 的数值就能减小λ的数值。

如不增加截面面积，而尽可能把材料放在离截面形心较远处，就能取得比较大的I 和i ，这就等于提高了临界压力（临界应力）。空心的环形截面与实心圆截面比较，若两者截面面积相等，环形截面的惯性矩I 和惯性半径i 都比实心圆截面的大得多。因此，空心杆的稳定性比实心杆的稳定性大得多。

结果：竹竿的形态结构赋予竹竿以高的纵向弯曲强度和模量以及细长、挺直等性能。因此竹竿的结构是人造竿的楷模

3.2碳纤维竿 3.2.1碳纤维竿的性能特点

碳纤维竿，也叫碳素竿，是20世纪90年代我国生产的一种新型鱼竿。碳纤维竿的主要特点是轻便。同样长度的碳纤维竿比玻璃纤维竿几乎轻一半，一支5米多长碳纤维竿的重量仅300克左右，竿体也比玻璃纤维竿细得多。近几年，碳纤维竿使用巳十分普及，其优良的使用性能得到了大多数垂钓者的认可]1[。

碳纤维竿所用的是高科技材料——碳纤维，这种材料的特点是坚实、抗拉强度高、耐热、质轻、耐腐蚀，不足之处是导热、导电且质

地较脆，韧性不及玻璃纤维竿，钓鱼时如遇到雷雨天气，使用此竿易发生雷击事故，若触及了高压电线，会发生触电事故]3[。

3.2.2碳纤维竿材料选择

钓竿属于薄壁细管类的管材。薄壁细管的弯曲刚性可用下式计算：

)

(64)d (6441424142d d I E d I E -=?-=

?π

π或 在上式中，E 为弹性模量，I 为断面二次矩，d1和d2分别为圆筒管的内、外径。据以上公式可以看出

①当外径一定时，为提高刚性应增加壁厚；

②当外径和壁厚一定时，为提高刚性应增加壁厚；

③具有高比强度和高比模量的碳纤维是制造薄壁细管的最好选材]1[。 结果：碳纤维制造的钓竿具有轻、坚实、抗拉强度高的特点，使其成为制作钓竿的首选材料。

四、结论

竹子以其结构的优势，增加了其自身的弯曲强度和稳定性，使其成为制作钓竿的最佳天然材质。

碳纤维本身具有极高的抗拉强度，并且质轻，使最终制作出来的钓竿性能好并易携带。

五、参考文献

[1]贺福. 钓竿的今昔[J]. 化工新型材料,1987,03:5-9.

[2]黄聪儒. 日本之碳纤维复合材料钓竿及高尔夫球杆[J]. 特种合成纤维与复合材料简报,1995,06:10-13.

[3]百度百科搜索

工程力学_静力学与材料力学课后习题答案

1-1试画出以下各题中圆柱或圆盘的受力图。与其它物体接触处的摩擦力均略去。 解： 1-2 试画出以下各题中AB 杆的受力图。 (a) B (b) (c) (d) A (e) A (a) (b) A (c) A (d) A (e) (c) (a)

解： 1-3 试画出以下各题中AB 梁的受力图。 解： (e) B B (a) B (b) (c) F B (a) (c) F (b) (d) (e) F

1-4 试画出以下各题中指定物体的受力图。 (a) 拱ABCD ；(b) 半拱AB 部分；(c) 踏板AB ；(d) 杠杆AB ；(e) 方板ABCD ；(f) 节点B 。 解： (d) D (e) F Bx (a) (b) (c) (d) D (e) W (f) (a) D (b) B (c) B F D F

1-5 试画出以下各题中指定物体的受力图。 (a) 结点A，结点B；(b) 圆柱A和B及整体；(c) 半拱AB，半拱BC及整体；(d) 杠杆AB，切刀CEF及整体；(e) 秤杆AB，秤盘架BCD及整体。 解：(a) (b) (c) (d) AT F BA F (b) (e)

(c) (d) (e) C A A C ’C D D B

2-2 杆AC 、BC 在C 处铰接，另一端均与墙面铰接，如图所示，F 1和F 2作用在销钉C 上， F 1=445 N ，F 2=535 N ，不计杆重，试求两杆所受的力。 解：(1) 取节点C 为研究对象，画受力图，注意AC 、BC 都为二力杆， (2) 列平衡方程： 1 214 0 sin 60053 0 cos6005207 164 o y AC o x BC AC AC BC F F F F F F F F F N F N =?+-==?--=∴==∑∑ AC 与BC 两杆均受拉。 2-3 水平力F 作用在刚架的B 点，如图所示。如不计刚架重量，试求支座A 和D 处的约束 力。 解：(1) 取整体ABCD 为研究对象，受力分析如图，画封闭的力三角形： (2) F 1 F F D F F A F D

【完整版】材料力学在工程实际中的应用

材料力学在工程实际中的应用 材料力学是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、稳定和导致各种材料破坏的极限。而研究材料力学在工程实际中的应用，将会直接给我们在进一步的学习中提供一个现实的模型。 材料力学在生活中的应用十分广泛。大到机械中的各种机器建筑中的各个结构小到生活中的塑料食品包装很小的日用品。各种物件都要符合它的强度、刚度、稳定性要求才能够安全、正常工作所以材料力学就显得尤为重要。生活中机械常用的连接件如铆钉、键、销钉、螺栓等的变形属于剪切变形在设计时应主要考虑其剪切应力。汽车的传动轴、转向轴、水轮机的主轴等发生的变形属于扭转变形。火车轴、起重机大梁的变形均属于弯曲变形。有些杆件在设计时必须同时考虑几个方面的变形如车床主轴工作时同时发生扭转，弯曲及压缩三种基本变形钻穿立柱同时发生拉伸与弯曲两张变形。 说到材料力学，我们首先应该了解它的属性。材料力学在工程中常用的属性主要有： 1.密度ρ：密度与结构自重和地震荷载有关。 2.弹性模量E：指的是材料在在单位长度、单位截面面积下受到单位轴向力时的轴向变形量。 3.强度f：材料的承受能力。 4.泊松比v：指的是材料在受轴向力时，材料的横向变形或材料的轴向变形。

5.剪切模量G：指的是材料在单位长度、单位截面面积下受到单位剪切力时的侧向变形量。 材料力学研究的主要问题是杆件的强度、刚度和稳定性问题，因此，制成杆件的物体就应该是变性固体，而不能像理论力学中那样认为是钢体。变形固体中的变形就成为它的主要基本性质之一，必须予以重视。 例如，在土建、水利工程中，组成水闸闸门或桥梁的个别杆件的变形会影响到整个闸门或桥梁的稳固，基础的刚度会影响到大型坝体内的应力分布；在机电设备中，机床主轴的变形过大就不能保证机床对工作的加工精度，电机轴的变形过大就会使电机的转子与定子相撞，使电机不能正常运转，甚至损坏等等。因此，在材料力学中我们必须把组成杆件的各种固体看做是变性固体，固体之所以发生变形，是由于在外力作用下，组成固体的各微粒的相对位置会发生改变的缘故。在材料力学中，我们要着重研究这种外力和变形之间的关系。大多数变形固体具有在外力作用下发生变形，但在外力除去后又能立刻恢复其原有形状和尺寸大小的特性，我们把变形固体的这种基本性质成为弹性，把具有这种弹性性质的变形固体成为完全弹性体。若变性固体的变形在外力除去后只能恢复其中一部分，这样的固体成为部分弹性体，部分弹性体的形变可分为两部分；一部分是随着外力除去而消失的变形，成为弹性变形；而另一部分是在外力除去后仍不能消失的变形成为塑性变形。严格的说，自然界中并没有完全弹性体，一般的变

材料力学课程设计 单缸柴油机曲轴

材料力学课程设计 班级： 作者： 题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核 指导老师： 2007.11.05

班级 姓名 一、 课程设计的目的 材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合应用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。 1）使所学的材料力学知识系统化，完整化。让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。 2）综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。 3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。 二、 课程设计的任务和要求 要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。 三、 设计题目 某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁(QT450-5)弹性常数为E 、μ，许用应力为[σ]，G 处输入转矩为e M ，曲轴颈中点受切向力t F 、径向力r F 的作用，且r F = 2t F 。曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤h D ≤1.6，2.5≤h b ≤4, 3l =1.2r,已知数据如下表：

材料力学行为及性能

绪论§0.1 工程材料 工程材料分类（按其应用分） ?结构材料 依靠其力学性能得以发展和应用的材料。 ?功能材料 利用物质的声、光、电、磁、化学乃至生物性能得以发展和应用的材料。 （本课程所研究和讲述的重点在第一种，尤其是结构材料中的金属材料） §0.2 力学性能 材料抵抗外加载荷（不仅指外力和能量的作用，而且还包括环境因素例如温度、介质、加载速率等的影响）所引起的变形和断裂的能力。 §0.3 研究内容 研究材料在外力作用下的变形、断裂和寿命。 ?弹性 材料在外力作用下保持固有形状和尺寸的能力；以及在外力去除后恢复固有形状和尺寸的能力。 ?塑性 材料在外力作用下发生永久不可逆变形的能力。 ?强度 材料对塑性变形和断裂的抗力。 ?寿命 材料在外力的长期和重复作用下，或在外力和环境因素的复合作用下，抵抗失效的能力（时间长短）。 （以上只是定性地说明这些力学性能，如果要定量地说明它就必须用一些力学参量（应力、应变、应力场强度因子等）来表示这些力学性能。 如果我们说某材料的力学性能好，就是指这些力学参量的值高或低，所以人们通常将力学参量的临界值或规定值称为材料的力学性能指标。声学材料：隔音层光学材料：玻璃，镜片 电学材料：金属导线，电子元器件 磁学材料：磁头、磁卡 化学材料：高分子材料催化剂 生物材料：人工关节、人工骨骼 生活中常指后者

如：强度指标、塑性指标、韧性指标） 具体研究涉及的内容： ?材料（包括金属材料和非金属材料）在不同形式外力作用下，或者外力、温度、环境等因素的共同作用下，发生变 形、损伤和断裂的过程、机理和力学模型； ?评定力学性能的各项指标的意义（物理意义和工程实用意义）、各指标间的相互关系以及具体的测试技术； ?研究力学性能指标机理、影响因素以及改善或提高这些力学性能指标的方法和途径。 （注：材料力学性能的影响因素 内因：化学成分、组织结构、冶金质量、残余应力、表面和内部缺陷。 外因：载荷性质、载荷谱、应力状态、温度、环境介质等。） §0.4学习和研究材料力学性能的目的和意义 机械和工程结构的设计，应当达到所要求的性能，并且在规定的服役期内安全可靠地运行，同时也要具有经济性，即低的设计、制造和维修费用。 ①达到使用要求；②安全性；③经济性 然而，各种机械和结构零部件的使用条件各不相同，因而要选用不同的的材料制成零件，也需要采用不同的工艺手段来完成零件的实际制作。而材料的力学性能及其评定指标，是结构设计时选用材料、制订加工工艺的主要依据，也是评价结构质量的主要依据。 ?在零部件使用中，要求材料具有高的变形和断裂抗力，使零部件在受外力作用时能保持设计所要求的外形和尺寸， 并保证在服役期内安全地运行； ?在零部件的生产过程中，则要求材料具有优良的可加工性。 （例如，在金属的塑性成形中，要求材料具有优良的塑性和低的塑性变形抗力） 对于学生，必须具有材料力学性能方面的知识，以便在研究新材料和改善材料的过程中，能根据材料的使用要求，选用合适的现有材料或研制新材料，制订合适的加工工艺。 §0.5研究方法 ?理论分析 ?试验测定

工程力学材料力学答案-第十章

10-1 试计算图示各梁指定截面（标有细线者）的剪力与弯矩。 解：(a) (1) 取A +截面左段研究，其受力如图； 由平衡关系求内力 0SA A F F M ++== (2) 求C 截面内力； 取C 截面左段研究，其受力如图； 由平衡关系求内力 2 SC C Fl F F M == (3) 求B -截面内力 截开B -截面，研究左段，其受力如图； 由平衡关系求内力 SB B F F M Fl == q B (d) (b) (a) SA+ M A+ SC M C A SB M B

(b) (1) 求A 、B 处约束反力 e A B M R R l == (2) 求A +截面内力； 取A +截面左段研究，其受力如图； e SA A A e M F R M M l ++=-=- = (3) 求C 截面内力； 取C 截面左段研究，其受力如图； 22 e e SC A A e A M M l F R M M R l +=-=- =-?= (4) 求B 截面内力； 取B 截面右段研究，其受力如图； 0e SB B B M F R M l =-=- = (c) (1) 求A 、B 处约束反力 e M A+ M C B R B M B

A B Fb Fa R R a b a b = =++ (2) 求A +截面内力； 取A +截面左段研究，其受力如图； 0SA A A Fb F R M a b ++== =+ (3) 求C -截面内力； 取C -截面左段研究，其受力如图； SC A C A Fb Fab F R M R a a b a b --== =?=++ (4) 求C +截面内力； 取C +截面右段研究，其受力如图； SC B C B Fa Fab F R M R b a b a b ++=-=- =?=++ (5) 求B -截面内力； 取B -截面右段研究，其受力如图； 0SB B B Fa F R M a b --=-=- =+ (d) (1) 求A +截面内力 取A +截面右段研究，其受力如图； A R SA+ M A+ R A SC- M C- B R B M C+ B R B M q B M

材料力学在工程实际中的应用

材料力学在工程实际中的应用材料力学是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、 稳定和导致各种材料破坏的极限。而研究材料力学在工程实际中的应用，将会直接给我们在进一步的学习中提供一个现实的模型。 材料力学在生活中的应用十分广泛。大到机械中的各种机器建筑中 的各个结构小到生活中的塑料食品包装很小的日用品。各种物件都要 符合它的强度、刚度、稳定性要求才能够安全、正常工作所以材料力 学就显得尤为重要。生活中机械常用的连接件如铆钉、键、销钉、螺 栓等的变形属于剪切变形在设计时应主要考虑其剪切应力。汽车的传 动轴、转向轴、水轮机的主轴等发生的变形属于扭转变形。火车轴、 起重机大梁的变形均属于弯曲变形。有些杆件在设计时必须同时考虑 几个方面的变形如车床主轴工作时同时发生扭转，弯曲及压缩三种基 本变形钻穿立柱同时发生拉伸与弯曲两张变形。 说到材料力学，我们首先应该了解它的属性。材料力学在工程中常 用的属性主要有： :密度与结构自重和地震荷载有关。 2.弹性模量E:指的是材料在在单位长度、单位截面面积下受到单位轴向力时的轴向变形量。 3.强度f :材料的承受能力。 4.泊松比v:指的是材料在受轴向力时，材料的横向变形或材料的轴

向变形。

5. 剪切模量G :指的是材料在单位长度、单位截面面积下受到单位剪 切力时的侧向变形量。 材料力学研究的主要问题是杆件的强度、 冈肢和稳定性问题， 制成杆件的物体就应该是变性固体，而不能像理论力学中那样认为是 钢体。变形 固体中的变形就成为它的主要基本性质之一，必须予以重 视。 例如，在土建、水利工程中，组成水闸闸门或桥梁的个别杆件的变 形会影响到整个闸门或桥梁的稳固，基础的刚度会影响到大型坝体内 的应力分布；在机电设备中，机床主轴的变形过大就不能保证机床对 工作的加工精度，电机轴的变形过大就会使电机的转子与定子相撞， 使电机不能正常运转，甚至损坏等等。因此，在材料力学中我们必须 把组成杆件的各种固体看做是变性固体，固体之所以发生变形，是由 于在外力作用下，组成固体的各微粒的相对位置会发生改变的缘故。 在材料力学中，我们要着重研究这种外力和变形之间的关系。大多数 变形固体具有在外力作用下发生变形，但在外力除去后又能立刻恢复 其原有形状和尺寸大小的特性，我们把变形固体的这种基本性质成为 弹性，把具有这种弹性性质的变形固体成为完全弹性体。若变性固体 体，部分弹性体的形变可分为两部分；一部分是随着外力除去而消失 的变形，成为弹性变形；而另一部分是在外力除去后仍不能消失的变 形成为塑性变形。严格的说，自然界中并没有完全弹性体，一般的变 性固体在外力作用下，总会是既有弹性变形也有塑性变形。不过，实 验指出，像金属、木材等常用建筑材料，当所受的外力不超过某一限 度时，可看成是完全弹性体。为了能采用理论的方法对变形固体进行 分析和研究，从而得到比较通用的结论。 总而言之，杆件要能正常工作，必须同时满足以下三方面的要求: (1) 不会发生破坏，即杆件必须具有足够的强度。 (2) 不产生过大变形，发生的变形能限制在正常工作许可的范围以 内。即杆件必须具有足够的强度 (3) 不失稳，杆件在其原有形状下的平衡应保持为稳定的平衡，即 杆件必须具有足够的稳定性。 这三方面的要求统称为构件的承载能力。一般来说，在设计每一杆 件时，应同 因此， 的变形在外力除去后只能恢复其中 部分，这样的固体成为部分弹性

材料力学案例分析

第三部分工程事故案例分析 一、摘要 2003年11月，某特大桥项目部的混凝土预制件场搬迁，用门式起重机吊装钢底模板，在往5t东风货车上卸载时，由于中心偏移，钢底模板在车厢铁皮板上侧滑，将搬运工甲挤在车厢尾部与挡墙之间，搬用工甲头盖被挤破裂，当场死亡。 二、事故发生经过 2003年11月3日，某特大桥项目部的混凝土预制件场，搬迁工作已处于尾声。该场的工长组织有关人员用门式起重机装车，将制作预制件的钢底模板运走，运输工具是东风牌5t载重汽车，当吊装第二车第一块钢底模板时，所吊的这块钢底模板面积为4 3.8m，重量为1.8t ，一面两角裁切，采用两根吊索对角起吊。本应用4根吊索起吊4个吊点，因为该场处于搬迁阶段且已接近尾声，当时只找到2根吊索，因此钢底模板吊起时，重心有所偏位，钢底模板处于侧斜不平稳状态。当龙门起重机吊起后往东风货车上落钩时，侧斜的钢底模板与车厢底板铁板面先接触。这时吊装指挥（信号工）乙在汽车驾驶室的一侧准备做调整，而搬运工甲则站在车厢尾部稳钩，该场的工长发现甲站位很危险，就喊他快躲开，而甲在没有接到乙发出指挥信号时，就喊落钩，落钩的同时，甲也看到了钢底模板在车厢底板上滑动，便慌忙从车厢尾部往下跳，车厢尾部跟后面的挡墙有1.2m左右距离，挡墙高2.2m距离，这是侧滑的钢底模板正在车厢底板上往挡墙冲过来，甲躲闪不及，头部挤在砖石挡墙上，甲的头盖被挤碎，致使甲当场死亡。 三、选择该事故分析原因 起重事故是指在进行各种起重作业中发生的重物坠落、夹挤、物体打击、起重机倾翻、触电等事故。其中伤害事故可造成重大的人员伤亡或财产损失。根据不完全统计，在事故多发的特殊工种作业中，起重作业事故的起数高，事故后果严重，重伤死亡人数比例大，已引起有关方面的高度重视。故选择该事故进行分析。 四、该工程事故原因分析 1.钢底模板吊挂方法不正确，被起吊的钢底模板应该用4根吊索吊挂在吊板的4个吊点上，可这次吊装作业却只用2根吊索吊挂2个吊点，而且挂钩部位不正确，使吊装的钢底模板处于不稳定状态。 2.搬运工甲在稳钩作业中站位非常危险，现场作业的领导工长虽然发现，但为时已晚。而作为现场的指挥乙却没有发现这种危险情况或者发现了竟无动于衷，没有采取积极措施制止。 3.该预制件场忽视安全生产，尤其在搬迁过程中放松安全管理。首先是从事这种大件吊装，竟然连吊索都没有做好准备，野蛮作业；其次，在搬迁过程中，租用的东风运货车，不具备运输大型构件的能力，东风载重卡车也没有采取任何铺垫措施。 五、事后处理及改进方案 这是一起作业现场混乱，从领导到工人安全生产观念淡薄，在工厂搬迁过程，毫无章法，凑凑乎乎作业，结果酿成这次严重事故，这起事故给我们留下深刻教训。 对上述起重事故事故进行分析，得出今后预防措施如下：（1）凡从事特殊工作，起重工、起重司机、挂钩工、指挥人员都应该接受岗位培训，持证上岗。（2）坚决落实岗位责任制，这些特殊岗位，必须制定好岗位操作规程，落实责任，严禁违章作业，强调劳动纪律。（3）起重装卸重物，最好使用专用吊具，如无专用吊具，吊装方法一定要科学和可靠，不能凑乎，马马虎虎就可能出大问题。

材料力学课程设计-车床主轴

教学号：答辩成绩： 设计成绩： 材料力学课程设计 设计计算说明书 设计题目：车床主轴设计 题号: 7—8—Ⅰ—12 教学号: 姓名： 指导教师： 完成时间：

目录 一、材料力学课程设计的目的 --------------------------------------------------3 二、材料力学课程设计的任务和要求 --------------------------------------------------3 三、设计题目 --------------------------------------------------3 四、对主轴静定情况校核 --------------------------------------------------5 1.根据第三强度理论校核 ---- ----------------------------------------7 2.根据刚度进行校核 ---------------------------------------------8 3.疲劳强度校核 ------------------------------------------- 12 五、对主轴超静定情况校核 -------------------------------------------------13 1.根据第三强度理论校核 ---------------------------------------------15 2.根据刚度进行校核 ---------------------------------------------16 3.疲劳强度校核 ----------------------------------------------19 六、循环计算程序 ---------------------------------------------------19 七、课程设计总结 ----------------------------------------------------26

工程力学材料力学部分习题答案

工程力学材料力学部分习题答案

b2.9 题图2.9所示中段开槽的杆件，两端受轴向载荷P 的作用，试计算截面1-1和2-2上的应力。已知：P = 140kN ，b = 200mm ，b 0 = 100mm ，t = 4mm 。 题图2.9 解：(1) 计算杆的轴力 kN 14021===P N N (2) 计算横截面的面积 21m m 8004200=?=?=t b A 202mm 4004)100200()(=?-=?-=t b b A (3) 计算正应力 MPa 1758001000140111=?== A N σ MPa 350400 1000 140222=?== A N σ (注：本题的目的是说明在一段轴力相同的杆件内，横截面面积小的截面为该段 的危险截面) 2.10 横截面面积A=2cm 2的杆受轴向拉伸，力P=10kN ，求其法线与轴向成30°的及45°斜截面上的应力ασ及ατ，并问m ax τ发生在哪一个截面？ 解：(1) 计算杆的轴力 kN 10==P N (2) 计算横截面上的正应力 MPa 50100 2100010=??==A N σ (3) 计算斜截面上的应力 MPa 5.37235030cos 2 230 =??? ? ???==ο ο σσ

MPa 6.212 3250)302 sin(2 30=?= ?= οο σ τ MPa 25225045cos 2 245 =??? ? ???==οο σσ MPa 2512 50 )452 sin(2 45=?= ?= οο σ τ (4) m ax τ发生的截面 ∵ 0)2cos(==ασα τα d d 取得极值 ∴ 0)2cos(=α 因此：2 2π α= ， ο454 == π α 故：m ax τ发生在其法线与轴向成45°的截面上。 （注：本题的结果告诉我们，如果拉压杆处横截面的正应力，就可以计算该处任意方向截面的正应力和剪应力。对于拉压杆而言，最大剪应力发生在其法线与轴向成45°的截面上，最大正应力发生在横截面上，横截面上剪应力为零） 2.17 题图2.17所示阶梯直杆AC ，P =10kN ，l 1=l 2=400mm ，A 1=2A 2=100mm 2，E =200GPa 。试计算杆AC 的轴向变形Δl 。 题图2.17 解：(1) 计算直杆各段的轴力及画轴力图 kN 101==P N （拉） kN 102-=-=P N （压）

材料力学在工程实际中的应用

材料力学在工程实际中的应用

材料力学在工程实际中的应用 材料力学是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、稳定和导致各种材料破坏的极限。而研究材料力学在工程实际中的应用，将会直接给我们在进一步的学习中提供一个现实的模型。 材料力学在生活中的应用十分广泛。大到机械中的各种机器建筑中的各个结构小到生活中的塑料食品包装很小的日用品。各种物件都要符合它的强度、刚度、稳定性要求才能够安全、正常工作所以材料力学就显得尤为重要。生活中机械常用的连接件如铆钉、键、销钉、螺栓等的变形属于剪切变形在设计时应主要考虑其剪切应力。汽车的传动轴、转向轴、水轮机的主轴等发生的变形属于扭转变形。火车轴、起重机大梁的变形均属于弯曲变形。有些杆件在设计时必须同时考虑几个方面的变形如车床主轴工作时同时发生扭转，弯曲及压缩三种基本变形钻穿立柱同时发生拉伸与弯曲两张变形。 说到材料力学，我们首先应该了解它的属性。材料力学在工程中常用的属性主要有： 1.密度ρ：密度与结构自重和地震荷载有关。 2.弹性模量E：指的是材料在在单位长度、单位截面面积下受到单位轴向力时的轴向变形量。 3.强度f：材料的承受能力。 4.泊松比v：指的是材料在受轴向力时，材料的横向变形或材料的轴向变形。

性固体在外力作用下，总会是既有弹性变形也有塑性变形。不过，实验指出，像金属、木材等常用建筑材料，当所受的外力不超过某一限度时，可看成是完全弹性体。为了能采用理论的方法对变形固体进行分析和研究，从而得到比较通用的结论。 总而言之，杆件要能正常工作，必须同时满足以下三方面的要求：（1）不会发生破坏，即杆件必须具有足够的强度。 （2）不产生过大变形，发生的变形能限制在正常工作许可的范围以内。即杆件必须具有足够的强度 （3）不失稳，杆件在其原有形状下的平衡应保持为稳定的平衡，即杆件必须具有足够的稳定性。 这三方面的要求统称为构件的承载能力。一般来说，在设计每一杆件时，应同时考虑到以上三方面的要求，但对某些具体的杆件来说，有事往往只需考虑其中的某一主要方面的要求（例如稳定性为主），当这些主要方面的要求满足了，其它两个次要方面的要求也就自动地得到满足。当设计的杆件能满足上述三方面的要求时，就可认为设计是安全的，杆件能够正常工作。 其次，材料力学在工程实际中的应用时非常多的，例如在铁路和桥梁等等上。 1976年7月28日发生在中国唐山，震级为M7.8级的地震，造成了大面积公路、铁路、桥梁普遍倒塌或者严重损坏，据有关部门专家对这次地震的分析，桥梁破坏主要集中在新进建造的桥梁，主要原因有

材料力学案例：教学与学习参考

竭诚为您提供优质文档/双击可除材料力学案例：教学与学习参考 篇一：材料力学案例分析 迈安那斯桥坍塌事故原因分析 1．关键词：桥梁垮塌，组合变形，偏心载荷，设计失误 2．事件背景 时间：1983年6月27日，地点：美国康涅狄格州迈安那斯（mianus）河桥垮塌，造成4辆汽车掉落桥下，3人死亡，多人受伤。 图1垮塌的迈安那斯河桥 该桥梁结构属于钢结构的多跨静定梁，建成于1958年，桥龄25年。大桥双向各三线车道，每日车流量超过10万次。大桥的悬臂式的结构在建桥当时是很流行的样式：主跨为两端外伸梁，主跨两侧各有一段约30米长的悬吊梁垮。垮塌的是东悬吊跨的一段梁，其西端接在称为轴台的支架上，用水平销连接到中跨梁外伸段的自由端；东端以销接吊件连接在东边悬臂梁的末端，正是此悬吊组件的破坏导致了大桥的

坍塌。 1983年春末，大桥边的居民向当局反映他们听到桥身发出尖锐的声响。过去至少五六年来，这些居民陆续在河边检到桥上掉下来的混凝土碎块或碎钢屑，每次他们都尽责地向公路局报告。而近来在轰隆的车流声中，他们又听到了新增的噪音。一位居民表示：“像是几千只鸟同时唧喳地发出刺耳的鸣叫。 整个周末， 都可以清楚地听到这样的声音。” 6月27日星期一凌晨1：30左右，大桥在一声巨响中发生坍塌。 图2悬吊梁的支撑结构 3．事故过程与关键性细节 康州公路局长看了现场的残骸后，表示他发现了桥梁倒塌的可能线索：把掉下去的桥身和悬臂式钢梁拴在一起的栓销少了一个。这个长约18厘米的栓钉的一部分残余物最后在河里被捞起，其余的部分还在桥上，它看起来像是被剪断的。 事故起因是因为栓销断裂，还是另有原因？为了解开谜团，局长请来了专家，另外还有3家独立的工程公司和国家交通安全局的代表以及法院指派的工程师都参与了事故调查，可是各方都强调不同的理由并得出不同的结论。

工程材料力学性能答案

工程材料力学性能答案1111111111111111111111111111111111111 1111111111111111111111111111111111111 111111 决定金属屈服强度的因素有哪 些？12 内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。外在因素：温度、应变速率和应力状态。试举出几种能显著强化金属而又不降低其塑性的方法。固溶强化、形变硬化、细晶强化试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？21韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的

因素有哪些？答：宏观断口呈杯锥形，纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化？断裂强度与抗拉强度有何区别？抗拉强度是试样断裂前所承受的最大工程应力，记为σb；拉伸断裂时的真应力称为断裂强度记为σf; 两者之间有经验关系：σf = σb (1+ψ)；脆性材料的抗拉强度就是断裂强度；对于塑性材料，于出现颈缩两者并不相等。裂纹扩展受哪些因素支配？答:裂纹形核前均需有塑性变形；位错运动受阻，在一定条件下便会形成裂纹。2222222222222222222222222222222222 2222222222222222222222222222222222 2222 试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。答：单向拉伸试验的特点及应用：单向拉伸的应力状态较硬，一般用于塑性变形

【完整版】：力学在土木工程中的应用

力学在土木工程中的应用 1：力学基本内容： 力学是用数学方法研究机械运动的学科。“力学”一词译自英语mechanics源于希腊语一机械，因为机械运动是由力引起的．mechanics在19世纪5O年代作为研究力的作用的学科名词传人中国后沿用至今。 力学是一门基础科学，它所阐明的规律带有普遍的性质．为许多工程技术提供理论基础。力学又是一门技术科学，为许多工程技术提供设计原理，计算方法，试验手段．力学和工程学的结合促使工程力学各个分支的形成和发展．力学按研究对象可划分为固体力学、流体力学和一般力学三个分支．固体力学和流体力学通常采用连续介质模型来研究；余下的部分则组成一般力学．属于固体力学的有弹性力学、塑性力学，近期出现的散体力学、断裂力学等；流体力学由早期的水力学和水动力学两个分支汇合而成，并衍生出空气动力学、多相流体力学、渗流力学、非牛顿流体力学等；力学间的交叉又产生粘弹性理论、流变学、气动弹性力学等分支． 力学在工程技术方面的应用结果则形成了工程力学或应用力学的各种分支，诸如材料力学、结构力学、土力学、岩石力学、爆炸力学、复合材料力学、天体力学、物理力学、等离子体动力学、电流体动力学、磁流体力学、热弹性力学、生物力学、生物流变学、地质力学、地球动力学、地球流体力学、理性力学、计算力学等等． 2：土木是力学应用最早的工程领域之一． 2.1土木工程专业本科教学中涉及到的力学内容

包括理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、土力学、岩石力学等几大固体力学学科． 理论力学与大学物理中有关内容相衔接，主要探讨作用力对物体的外效应(物体运动的改变) ，研究的是刚体，是各门力学的基础．其他力学研究的均为变形体(本科要求线性弹性体)，研究力系的简化和平衡，点和刚体运动学和复合运动以及质点动力学的一般理论和方法． 材料力学：主要探讨作用力对物体的内效应(物体形状的改变)，研究杆件的拉压弯剪扭变形特点，对其进行强度、刚度及稳定性分析计算．结构力学：在理论力学和材料力学基础上进一步研究分析计算杆件结构体系的基本原理和方法，了解各类结构受力性能． 弹性力学：研究用各种精确及近似解法计算弹性体(主要要求实体结构) 在外力作用下的应力、应变和位移． 土力学：研究地基应力、变形、挡土墙和土坡等稳定计算原理和计算方法．岩石力学：研究岩石地基、边坡和地下工程等的稳定性分析方法及其基本设计方法． 2.2土木工程专业之力学可分为两大类，即“结构力学类”和“弹性力学类”． “弹性力学类”的思维方式类似于高等数学体系的建构，由微单元体(高等数学为微分体)人手分析，基本不引入(也难以引入)计算假设，计算思想和理论具有普适特征．在此基础上引入某些针对岩土材料的计算假设则构建了土力学和岩石力学．“结构力学类”(包括理论、材料学和结构力学)则具有更强烈的工程特征，其简化的模型是质点或杆件，在力学体系建立之前就给出了诸

材料力学课程设计--曲柄轴的强度设计及变形计算

材料力学课程设计--曲柄轴的强度设计及变形计算

(导师好，课程设计是我这两天赶工的，质量不怎么好，你帮我改改，其中1.2，4.2，4.3没有完成，不知道怎么写，您帮我看看想一下，3.1的第三强度公式我感觉有点不会，您也帮着看一下。。。幸好有您这个导师，嘻嘻，感谢呀。。。祝勇哥圣诞元旦双节快乐，新春快乐假期美好。。———学生：东禹 材料力学课程设计 题目：曲柄轴的强度设计及变形计算 单位：理学院

班级：力学 11-1 姓名：宫东禹 指导教师：宋志勇 目录 一、绪论 二、力学模型与内力分析 三、强度分析。 四、变形计算与刚度分析。 五、总结。

一、绪论 1.1、课程设计目的意义： 材料力学课程设计是材料力学课程的重要实践性环节。 通过结合工程实际，自行设计结构形式，并对杆件结构进行内力、应力变形位移计算等，校核杆件结构的强度和刚度、稳定性，并对结构进行改进。进一步巩固和加深材料力学课程中的基本理论知识，初步掌握对材料力学中分析、计算的步骤和方法，培养和提高独立分析问题和运用所学理论知识解决实际问题的能力、通过自由设计结构、锻炼创新思维能力。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力；既是对以前所学知识的综合运用，又为后续课程的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力有所提高。具体有以下几方面： 1、对之前学过的相关力学知识的全面复习，使学生的力学知识系统化、完整化； 2、综合运用力学理论知识解决工程中的实际问题。 3、本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以 达到综合运用材料力学知识解决工程实际问题的目的。 4、由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以为学生后续的毕业设计打下基础，进行提前锻炼。 5、初步了解和掌握工程实践中的分析思想和计算方法。 1.2、结构的工程应用背景简介： （简单的介绍你所设计的结构在工程的使用，比如哪些领域，有何作

工程材料力学性能

工程材料力学性能 工程材料力学性能 第一章、金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 一、名词解释 ?弹性比功又称弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的功能。一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 ?循环韧性:金属材料在交变载荷(震动)下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫金属的内耗。 ?包申格效应:金属材料经过预先加载产生多少塑性变形(残余应力为1%~4%)，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力(弹性极限或屈服强度)增加;反向加载，规定残余伸长应力降低(特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零)的现象，称为包申格效应。 ?塑性:指金属材料断裂前发生塑性变形(不可逆永久变形)的能力。金属材料断裂前所产生的塑性变形由均匀塑性变形和集中塑性变形两部分构成。 ?韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力。 ?脆性:脆性相对于塑性而言，一般指材料未发生塑性变形而断裂的趋势。 ?解理面:因解理断裂与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 ?解理刻面:实际的解理断裂断口是由许多大致相当于晶粒大小的解理面集合而成的，这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 ?解理台阶:解理裂纹与螺型位错相交而形成的具有一定高度的台阶称为解理台阶。

?河流花样解理台阶沿裂纹前段滑动而相互汇合，同号台阶相互汇合长大。当汇合台阶高度足够大时，便成为了河流花样。 ?穿晶断裂与沿晶断裂:多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。裂纹穿过晶内的断裂为穿晶断裂;裂纹沿晶界扩展的断裂为沿晶断裂。穿晶断裂和沿晶断裂有时候可以同时发生。 二、下列力学性能指标的的意义 ?E(G):弹性模量，表示的是材料在弹性范围内应力和应变之比; ?σr:规定残余伸长应力，表示试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力;常用σ0.2表示材料的规定残余延伸率为0.2%时的应力，称为屈服强度;σs:屈服点，表示呈屈服现象的金属材料拉伸时，试样在外力不断增加(保持恒定)仍能继续伸长时的应力称为屈服点。 ?σb:抗拉强度，表示韧性金属材料的实际承载能力; ?n:应变硬化指数，反映了金属材料抵抗均匀塑性变形的能力，是表征金属材料应变硬化行为的性能指标; ?δ:断后伸长率，表示试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比; ?δgt:金属材料拉伸时最大力下的总伸长率(最大均匀塑性变形); ?ψ:断面收缩率，表示试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。 三、问答题 ?金属的弹性模量主要取决于什么因素,为何说它是一个对组织不敏感的力学性能指标, 答:由于弹性变形是原子间距在外来作用下可逆变化的结果，应力与应变关系实际上是原子间作用力与原子间距的关系。所以，弹性模量与原子间作用力有关，与原子间距也有一定关系。原子间作用力决定于金属原子本性和晶格类型，故弹性模量也主要决定于金属原子本性

生活中的材料力学实例分析【爆款】.doc

生活中的材料力学实例分析 一意义 材料力学主要研究杆件的应力、变形以及材料的宏观力学性能的学科。材料力学是固体力学的一个基础分支。它是研究结构构件和机械零件承载能力的基础学科。其基本任务是：将工程结构和机械中的简单构件简化为一维杆件，计算杆中的应力、变形并研究杆的稳定性，以保证结构能承受预定的载荷；选择适当的材料、截面形状和尺寸，以便设计出既安全又经济的结构构件和机械零件。 二对象 材料力学的研究通常包括两大部分：一部分是材料的力学性能(或称机械性能)的研究，材料的力学性能参量不仅可用于材料力学的计算，而且也是固体力学其他分支的计算中必不可少的依据；另一部分是对杆件进行力学分析。杆件按受力和变形可分为拉杆、压杆受弯曲(有时还应考虑剪切)的粱和受扭转的轴等几大类。杆中的内力有轴力、剪力、弯矩和扭矩。杆的变形可分为伸长、缩短、挠曲和扭转。在处理具体的杆件问题时，根据材料性质和变形情况的不同，可将问题分为线弹性问题、几何非线性问题、物理非线性问题三类。 材料力学不仅在复杂机械工程中有重要的作用，在生活中也很常见。比如随处可见的桥梁，桥是一种用来跨越障碍的大型构造物。确切的说是用来将交通路线 (如道路、铁路、水道等)或者

其他设施 (如管道、电缆等)跨越天然障碍 (如河流、海峡、峡谷等)或人工障碍 (高速公路、铁路线)的构造物。桥的目的是允许人、车辆、火车或船舶穿过障碍。桥可以打横搭着谷河或者海峡两边，又或者起在地上升高，槛过下面的河或者路，让下面交通畅通无阻。 三分析

如果在安全的前提下，将原来的四个桥墩和三个拱形拉索变为三个桥墩和两个拱形拉索。不仅可以节约大量的材料，降低成本，而且有美观。 四总结 因此，材料力学是一门很有用的学科，能够处理各种各样复杂的问题。只要注意观察，生活中处处有材料力学的踪影。利用材料力学的知识对我们身边的事物进行分析并加以改进，对我们的生活和社会的发展能起到积极的促进作用。

材料力学课程设计--五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算

材料力学课程设计设计题目五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算

1．课程设计的目的 本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合运用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。 1．使所学的材料力学知识系统化、完整化。让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。 2．综合运用了以前所学的各门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等）使相关学科的知识有机地联系起来。 3．使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后继课程的教学打下基础。 2．课程设计的任务和要求 要求参加设计者，要系统地复习材料力学的全部基本理论和方法，独立分析、判断、设计题目的已知条件和所求问题。画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据和导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。 3．课程设计的题目 传动轴的强度、变形及疲劳强度计算 6－1 设计题目 传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ]=80MPa，经高频淬火处理，其σb=650MPa，σ-1=300MPa,τ-1=155MPa,磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均为2，疲劳安全系数n=2，要求： 1）绘出传动轴的受力简图; 2）作扭矩图及弯矩图； 3）根据强度条件设计等直轴的直径； 4）计算齿轮处轴的挠度；（按直径Φ1的等直杆计算） 5）对阶梯传动轴进行疲劳强度计算；（若不满足，采取改进措施使其满足疲劳强度）； 6）对所取数据的理论根据作必要的说明。 说明： a) 坐标的选取均按下图6—1所示； b) 齿轮上的力F与节圆相切； c) 数据表中P为直径D的皮带轮传递的功率， P为直径为D1的皮带轮传递的功率。 1

工程材料力学行为

作业习题＞＞第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能 一、解释下列名词 滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。 弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。 比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。 二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能? 答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。 三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义? 答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。 包辛格效应可以用位错理论解释。第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力，是金属基体平均内应力的度量。因为预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反，而当反向加载时位错运动的方向与原来的方向相反了，和背应力方向一致，背应力帮助位错运动，塑性变形容易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服强度就降低了。这一般被认为是产生包辛格效应的主要原因。其次，在反向加载时，在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号，要引起异号位错消毁，这也会引起材料的软化，屈服强度的降低。 实际意义：在工程应用上，首先是材料加工成型工艺需要考虑包辛格效应。其次，包辛格效应大的材料，内应力较大。另外包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系，在高周疲劳中，包辛格效应小的疲劳寿命高，而包辛格效应大的，由于疲劳软化也较严重，对高周疲劳寿命不利。 作业习题＞＞第二章金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词： （1）应力状态软性系数——材料最大且盈利与最大正赢利的比值，记为α。 （2）缺口效应——缺口材料在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生的变化。 （3）缺口敏感度——金属材料的缺口敏感性指标，用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值表示。 （4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。 （5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度。 （6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。 （7）努氏硬度——采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由试验力除以压痕投影面积得到的硬度。 （8）肖氏硬度——采动载荷试验法，根据重锤回跳高度表证的金属硬度。 （9）里氏硬度——采动载荷试验法，根据重锤回跳速度表证的金属硬度。