材料力学课件第三章扭转

材料力学课件第三章扭转•扭转的概念和定义•扭转变形的计算目录•扭转变形的分析•材料在扭转中的性能•扭转变形的能量关系01扭转的概念和定义扭转的定义01扭转是指物体受到一对大小相等、方向相反、作用面与轴线垂直的力偶作用，使物体产生绕轴线的转动02在材料力学中，扭转是指材料受到扭矩作用而产生的剪切变形扭转的特性扭矩与剪切变形的关系扭转变形的能量在材料力学中，扭矩与剪切变形之间扭转变形需要消耗一定的能量，能量存在一定的关系，即剪切模量的大小与扭矩和转角有关扭矩与转角的关系当物体受到扭矩作用时，转角与扭矩成正比关系扭转的应用桥梁和建筑结构桥梁和建筑结构在风、地震等自然机械传动力作用下会产生扭转变形，需要采取相应的措施来提高结构的抗扭性如车轮、齿轮等机械传动部件，能在转动过程中会产生扭转变形，需要考虑到扭转变形对机械性能的影响车辆和航空器车辆和航空器的轮胎、起落架等部件在行驶或起降过程中会产生扭转变形，需要保证这些部件的抗扭性能02扭转变形的计算扭矩的计算扭矩（M）是力和力臂的乘积，计算公式为M=F×d，其在材料力学中，扭矩是分析扭表示物体绕某点转动的阻力矩中F是作用在物体上的力，d转变形和确定扭矩承载能力的是力臂（即转动点到力的垂直关键参数距离）扭矩的单位国际单位制中，扭矩的单位是牛顿米（Nm），也常用公制单位如千克力米（Kgm）或达因米（Dm）换算关系为1Nm=1Kgm=100Dm扭矩的measurement扭矩的测量可以通过扭力计、扭矩传感器等工具进行扭力计通常由弹簧或应变片组成，通过测量弹簧的变形或应变片的电阻变化来计算扭矩扭矩传感器则利用磁性原理或应变片技术来测量扭矩，常用于自动化测试和控制系统03扭转变形的分析扭转变形的分类自由扭转不受约束的杆件在扭矩作用下发生的扭转变形约束扭转杆件在受到约束时，在扭矩作用下发生的扭转变形弯曲-扭转组合变形杆件在同时受到弯矩和扭矩作用时发生的扭转变形扭转变形的分析方法010203弹性力学方法有限元方法实验方法基于弹性力学理论，通过利用有限元分析软件，将通过实验测试来测量扭转求解弹性方程来分析扭转结构离散化为有限个单元，变形，并与理论分析结果变形通过求解每个单元的平衡进行比较方程来分析扭转变形扭转变形的影响因素材料性质截面形状和尺寸外力矩支撑条件材料的弹性模量、泊松截面的形状和尺寸会影外力矩的大小和作用点杆件的支撑条件会影响比等性质对扭转变形有响杆件的扭转刚度，从位置对扭转变形有直接其扭转变形，如固定支重要影响而影响扭转变形影响撑、滑动支撑等04材料在扭转中的性能材料在扭转中的应力应变关系应力01在材料力学中，扭转应力是指材料在扭转力矩作用下产生的内应力它通常以剪切应力的形式出现，与作用点处的剪切变形程度成正比应变02在材料受到扭转力矩作用时，材料会发生剪切变形，这种变形程度可以用剪切应变来表示剪切应变是衡量材料在剪切力作用下的相对变形量应力应变曲线03在扭转过程中，随着剪切应力的增加，材料的剪切应变也会相应增加这种关系可以通过应力应变曲线来描述，该曲线展示了在不同剪切应力下材料的剪切应变的变化情况材料在扭转中的强度极限强度极限材料在扭转力矩作用下所能承受的最大应力称为强度极限当材料的剪切应力达到强度极限时，材料会发生断裂或严重变形，导致其丧失承载能力强度极限的确定材料的强度极限可以通过实验方法进行测定在实验中，对试样施加逐渐增大的扭矩，直到试样断裂或发生严重变形，此时的剪切应力即为材料的强度极限材料在扭转中的弹性极限弹性极限材料在扭转力矩作用下所能承受的弹性变形极限称为弹性极限当材料的剪切应变达到弹性极限时，材料会发生弹性屈服，即剪切应力不再随着剪切应变的增加而增加弹性极限的确定材料的弹性极限可以通过实验方法进行测定在实验中，对试样施加逐渐增大的扭矩，直到试样发生弹性屈服，此时的剪切应变即为材料的弹性极限05扭转变形的能量关系扭转变形的能量转换关系扭转变形过程中，外力矩作用导当材料发生扭转变形时，外力矩随着旋转角度的增加，应变能逐致材料内部的弹性应变能与动能做功转化为材料内部的弹性应变渐累积，动能逐渐减小，直至达之间相互转换能，同时产生旋转运动，动能增到平衡状态加扭转变形的能量损失在扭转变形过程中，由于材料内能量损失的程度取决于材料的物能量损失可能导致材料温度升高、部的摩擦和阻尼作用，能量会以理性质、温度、表面粗糙度以及表面磨损或材料性能下降等问题热能、声能等形式损失润滑条件等因素扭转变形的能量效率提高能量效率可以通过优化材料性能、扭转变形的能量效率是指外力矩做功改善结构设计以及采用先进的制造工转化为材料内部应变能的效率艺来实现能量效率取决于材料的弹性模量、泊松比、密度以及扭转变形的程度等因素。