资源简介

模块二 强度与刚度
2.3 直杆轴向拉伸与压缩时的强度计算
【课题名称】
直杆轴向拉伸与压缩时的强度计算
【教学目标】
一、知识目标
熟悉直杆轴向拉伸与压缩的强度计算。
二、能力目标
培养分析直杆轴向拉伸与压缩问题的能力。
三、素质目标
了解直杆轴向拉伸与压缩的变形与强度计算。
四、教学要求
1.了解直杆轴向拉伸与压缩的变形的特点。
2.会对直杆轴向拉伸与压缩的变形作强度计算。
【教学重点】
对直杆轴向拉伸与压缩的变形问题作强度计算。
【难点分析】
求许用应力和最大拉力。
【教学方法】
教学方法：讲练法、讨论法。
【教学资源】
机械基础在线开放课程．“中国职教MOOC”频道，高等教育出版社。
【教学安排】
2学时（90分钟）
教学步骤：讲授与演示交叉进行、讲授中穿插讨论、练习与设问。
【教学过程】
一、导入新课
直杆受轴向拉伸与压缩时产生的变形，将影响到材料的强度，那么如何确定材料的强度能否满足使用要求呢？
二、新课教学
1.载荷与失效
（1）载荷
机械工作时，零件所承受的载荷是力或力矩，或者是由力和力矩组成的联合载荷。载荷大小或方向不随时间变化或变化缓慢的叫静载荷，载荷大小或方向随时间变化的叫动载荷。根据动力机的额定功率P(kW)和额定转速n(r/min)计算出的载荷称为名义载荷。
（2）失效
零件丧失工作能力或达不到要求的性能时称为失效。构件的失效主要有强度失效、刚度失效、稳定失效和疲劳失效等形式。
2.应力的类型
材料在工作时，其所受的外力不随时间而变化，这时其内部的应力大小不变，称为静应力；其所受的外力随时间呈周期性变化，这时内部的应力也随时间呈周期性变化，称为变应力。
循环应力指应力随时间呈周期性的变化，包括——
对称循环变应力
非对称循环变应力
脉动循环变应力
3.许用应力与安全系数
极限应力是指杆件丧失工作能力时的应力。
当材料接近极限应力时，构件就处于危险的状态，为了使材料安全可靠地工作给材料留有足够的强度储备，引入一个大于1的安全系数。常取安全系数在1.2-2.5。将极限应力除以安全系数即得到许用应力值。
4．拉伸与压缩时的强度条件
为了保证构件在外力作用下安全可靠地工作，必须使构件的最大工作应力小于材料的许用应力，即拉压杆的强度条件为
式中，FN和A分别为危险横截面上的内力和横截面积 。
运用强度条件可解决强度校核、横截面选择、确定许可载荷三种类型的问题。
【讨论】何为危险截面？产生最大应力的横截面。
等截面直杆：位于最大内力处；
变截面直杆：综合内力FN和横截面积A两方面确定。
5．应力集中与温差应力
（1）应力集中 直杆容易出现应力集中的地方常常在直杆截面变化的轴肩、开槽、钻孔处，也是出现危险断面的位置。
（2）温差应力 温差也会对直杆产生应力，如北方的热水管、铁轨，温度变化将使材料伸长，产生温差应力，所以要留出伸缩变形量，以消除温差可能带来的应力对管道的影响。
强度计算的方法如教材例题2-1、2-2。
强度计算对中职学生只要求掌握最基本的方法。
6.变应力与疲劳强度
变应力：工程中许多构件在工作时受到随时间而周期性变化的应力。材料在交变应力作用下的破坏习惯上称为疲劳破坏。
（1）疲劳破坏的特点：
①交变应力的破坏应力值一般低于静载荷作用下的强度极限值,有时甚至低于材料的屈服极限。
②断裂前经过多次应力循环作用。
③无论是脆性还是塑性材料,交变应力作用下均表现为脆性断裂,无明显塑性变形。
④断口表面可明显区分为光滑区与粗糙区两部分。
【思考】用手折断铁丝,弯折一次一般不断,但反复来回弯折多次后,铁丝就会发生裂断,这就是材料受交变应力作用而破坏的例子。
（2）影响疲劳强度的因素
材料的屈服强度越高，其疲劳强度也越高；应力集中使疲劳强度降低；表面质量高，表面粗糙度值越小，应力集中越小，疲劳强度也越高；零件尺寸越大，材料内部缺陷越多，应力集中源越多，则其疲劳强度越低。
三、小结
轴向拉伸与压缩时的强度计算是保证杆件安全使用的前提。但要先求出安全系数和许用应力，并计算出危险截面的内力和截面积。
布置作业
活动作业：试举出零件在交变应力下产生疲劳破坏的实例。

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