刘鸿文版材料力学课件8-10章.ppt
第八章 组合变形,目录,第八章 组合变形,8-1 组合变形和叠加原理8-2 拉伸或压缩与弯曲的组合8-3 斜弯曲8-4 扭转与弯曲的组合,目录,目录,8-1 组合变形和叠加原理,压弯组合变形,组合变形工程实例,10-1,目录,拉弯组合变形,组合变形工程实例,目录,8-1 组合变形和叠加原理,弯扭组合变形,组合变形工程实例,目录,8-1 组合变形和叠加原理,叠加原理,构件在小变形和服从胡克定理的条件下，力的独立性原理是成立的。即所有载荷作用下的内力、应力、应变等是各个单独载荷作用下的值的叠加,解决组合变形的基本方法是将其分解为几种基本变形；分别考虑各个基本变形时构件的内力、应力、应变等；最后进行叠加。,目录,8-1 组合变形和叠加原理,研究内容,斜弯曲,拉（压）弯组合变形,弯扭组合变形,外力分析,内力分析,应力分析,目录,8-1 组合变形和叠加原理,+,=,8-2 拉伸或压缩与弯曲的组合,10-3,目录,+,=,目录,8-2 拉伸或压缩与弯曲的组合,铸铁压力机框架，立柱横截面尺寸如图所示，材料的许用拉应力t30MPa，许用压应力c120MPa。试按立柱的强度计算许可载荷F。,解：（1）计算横截面的形心、面积、惯性矩,（2）立柱横截面的内力,例题8-1,目录,8-2 拉伸或压缩与弯曲的组合,（3）立柱横截面的最大应力,目录,8-2 拉伸或压缩与弯曲的组合,（4）求压力F,目录,8-2 拉伸或压缩与弯曲的组合,平面弯曲,斜弯曲,8-3 斜 弯 曲,目录,8-3 斜 弯 曲,目录,(1)内力分析,坐标为x的任意截面上,固定端截面,8-3 斜 弯 曲,(2)应力分析,x 截面上任意一点（y，z）正应力,8-3 斜 弯 曲,目录,中性轴上,中性轴方程,D1点：,D2点：,强度条件：,8-3 斜 弯 曲,目录,固定端截面,挠度：,正方形,8-3 斜 弯 曲,目录,矩形,斜弯曲,平面弯曲,目录,8-4 扭转与弯曲的组合,目录,8-4 扭转与弯曲的组合,第三强度理论：,目录,8-4 扭转与弯曲的组合,圆截面,第四强度理论：,目录,8-4 扭转与弯曲的组合,第三强度理论：,第四强度理论：,塑性材料的圆截面轴弯扭组合变形,式中W 为抗弯截面系数，M、T 为轴危险截面的弯矩和扭矩,目录,8-4 扭转与弯曲的组合,传动轴左端的轮子由电机带动，传入的扭转力偶矩Me=300Nm。两轴承中间的齿轮半径R=200mm，径向啮合力F1=1400N，轴的材料许用应力=100MPa。试按第三强度理论设计轴的直径d。,解：（1）受力分析，作计算简图,例题8-2,目录,8-4 扭转与弯曲的组合,（2）作内力图,危险截面：E 左处,目录,8-4 扭转与弯曲的组合,目录,8-4 扭转与弯曲的组合,（3）应力分析，由强度条件设计d,目录,8-4 扭转与弯曲的组合,小结,1、了解组合变形杆件强度计算的基本方法,2、掌握斜弯曲和拉（压）弯组合变形杆件 的应力和强度计算,3、了解平面应力状态应力分析的主要结论,4、掌握圆轴在弯扭组合变形情况下的强度 条件和强度计算,目录,第九章压杆稳定,第九章 压杆稳定,目录,9.1 压杆稳定的概念,9.2 两端铰支细长压杆的临界压力,9.4 欧拉公式的适用范围 经验公式,9.5 压杆的稳定校核,9.6 提高压杆稳定性的措施,9.3 其他支座条件下细长压杆的 临界压力,9.1 压杆稳定的概念,在材料力学中，衡量构件是否具有足够的承载能力，要从三个方面来考虑：强度、刚度、稳定性。,稳定性 构件在外力作用下，保持其原有平衡状态的能力。,目录,9.1 压杆稳定的概念,工程实际中有许多稳定性问题，但本章主要讨论压杆稳定问题，这类问题表现出与强度问题截然不同的性质。,目录,不稳定平衡,稳定平衡,微小扰动就使小球远离原来的平衡位置,微小扰动使小球离开原来的平衡位置，但扰动撤销后小球回复到平衡位置,目录,9.1 压杆稳定的概念,9.1 压杆稳定的概念,压力等于临界力,目录,压杆丧失直线状态的平衡，过渡到曲线状态的平衡。称为丧失稳定，简称失稳，也称为屈曲,压力等于临界力,压杆的稳定性试验,9.1 压杆稳定的概念,目录,临界压力 能够保持压杆在微小弯曲状态下平衡的最小轴向压力。,9.2 两端铰支细长压杆的临界压力,挠曲线近似微分方程,弯矩,令,则,通解,目录,9.2 两端铰支细长压杆的临界压力,边界条件：,若,所以,目录,9.2 两端铰支细长压杆的临界压力,得,当 时，,临界压力,欧拉公式,挠曲线方程,目录,9.2 两端铰支细长压杆的临界压力,-欧拉公式,例题,解：,截面惯性矩,临界压力,9.2 两端铰支细长压杆的临界压力,目录,9.3 其他支座条件下细长压杆的临界压力,一端固定一端自由,对于其他支座条件下细长压杆，求临界压力有两种方法：,1、从挠曲线微分方程入手,2、比较变形曲线,目录,9.3 其他支座条件下细长压杆的临界压力,两端固定,9.3 其他支座条件下细长压杆的临界压力,长度系数（无量纲）,相当长度（相当于两端铰支杆）,欧拉公式的普遍形式：,两端铰支,目录,9.3 其他支座条件下细长压杆的临界压力,目录,9.4 欧拉公式的适用范围 经验公式,1、临界应力,目录,9.4 欧拉公式的适用范围 经验公式,欧拉公式只适用于大柔度压杆,2、欧拉公式适用范围,当,即,令,目录,3、中小柔度杆临界应力计算,(小柔度杆),(中柔度杆),9.4 欧拉公式的适用范围 经验公式,a、b 材料常数,当,即,令,目录,压杆柔度,四种取值情况，,临界柔度,比例极限,屈服极限,(小柔度杆),(中柔度杆),临界应力,(大柔度杆),欧拉公式,直线公式,强度问题,9.4 欧拉公式的适用范围 经验公式,目录,9.4 欧拉公式的适用范围 经验公式,9.4 欧拉公式的适用范围 经验公式,目录,稳定安全系数,工作安全系数,9.5 压杆的稳定校核,压杆稳定性条件,或,压杆临界压力,压杆实际压力,目录,解：,CD梁,AB杆,9.5 压杆的稳定校核,目录,AB杆,AB为大柔度杆,AB杆满足稳定性要求,9.5 压杆的稳定校核,目录,9.5 压杆的稳定校核,（1）计算柔度,查得45钢的2=60，1=100，21，属于中柔度杆。,目录,9.5 压杆的稳定校核,（2）计算临界力，校核稳定,查表得a=589MPa,b=3.82MPa,得丝杠临界应力为,此丝杠的工作稳定安全系数为,校核结果可知，此千斤顶丝杠是稳定的。,目录,如图（a）,截面的惯性矩应为,两端铰支时，长度系数,解:（1）计算xoz平面的临界力 和临界应力,9.5 压杆的稳定校核,目录,因 1 故可用欧拉公式计算。,其柔度为,9.5 压杆的稳定校核,目录,9.5 压杆的稳定校核,（2）计算xoy平面内的临界力 及临界应力。,如图（b）,截面的惯性矩为,两端固定时长度系数,柔度为,目录,应用经验公式计算其临界应力,查表得,9.5 压杆的稳定校核,则,临界压力为,木柱的临界压力,临界应力,目录,欧拉公式,越大越稳定,减小压杆长度 l,减小长度系数（增强约束）,增大截面惯性矩 I（合理选择截面形状）,增大弹性模量 E（合理选择材料）,9.6 提高压杆稳定性的措施,目录,减小压杆长度 l,9.6 提高压杆稳定性的措施,目录,减小长度系数（增强约束）,9.6 提高压杆稳定性的措施,目录,增大截面惯性矩 I（合理选择截面形状）,9.6 提高压杆稳定性的措施,目录,小结,1、了解压杆稳定平衡、不稳定平衡和临界 载荷的概念,2、掌握压杆柔度的计算方法，以及判断大 柔度、中柔度、小柔度压杆的原则,3、熟知压杆临界应力总图，能根据压杆的 类别选用合适的公式计算临界应力,4、掌握简单压杆的稳定计算方法,5、了解提高压杆稳定性的主要措施,目录,第十章 动载荷,第十章 动载荷,10-1 概述10-2 动静法的应用10-4 杆件受冲击时的应力和变形,实验证明，在动载荷作用下，如构件的应力不超过比例极限，胡克定律仍然适用于动载荷下应力、应变的计算，弹性模量与静载下的数值相同。,构件中因动载荷而引起的应力称为动应力。,静载荷：,在动载荷作用下，构件内部各点均有加速度。,目录,10-1 概 述,动载荷：,载荷由零缓慢增加至最终值，然后保持不变。,载荷随时间变化而变化。,一、构件做等加速直线运动,图示梁上有一个吊车，现在问3个问题,1.物体离开地面，静止地由绳索吊挂2.物体匀速地向上提升3.物体以加速度a向上提升,10-2 动静法的应用,目录,求这3种情况下的绳索应力？,1.物体离开地面，静止地由绳索吊挂,绳子：,目录,与第一个问题等价,2.物体匀速地向上提升,目录,或者说，按达郎伯原理（动静法）：质点上所有外力同惯性力形成平衡力系。惯性力大小为ma，方向与加速度a相反,按牛顿第二定律,3.物体以加速度a向上提升,绳子动载应力(动载荷下应力)为：,动应力,动荷系数,其中,例10-1：吊笼重量为Q；钢索横截面面积为A，单位体积的重量为，求吊索任意截面上的应力。,解：,动荷系数,二、构件作等速转动时的应力计算,薄壁圆环，平均直径为D，横截面面积为A，材料单位体积的重量为，以匀角速度转动。,目录,从上式可以看出，环内应力仅与和v有关，而与A无关。所以，要保证圆环的强度，应限制圆环的速度。增加截面面积A，并不能改善圆环的强度。,目录,10-4 杆件受冲击时的应力和变形,目录,冲击时，冲击物在极短的时间间隔内速度发生很大的变化，其加速度a很难测出，无法计算惯性力，故无法使用动静法。在实用计算中，一般采用能量法。,在计算时作如下假设:,目录,1.冲击物视为刚体，不考虑其变形;,2.被冲击物的质量可忽略不计;,3.冲击后冲击物与被冲击物附着在 一起运动;,4.不考虑冲击时热能的损失，即认为只有系统动能与势能的转化。,目录,根据机械能守恒定律，冲击物的动能T和势能V的变化应等于弹簧的变形能,即,设冲击物体与弹簧开始接触的瞬时动能为,在线弹性范围内，载荷、变形和应力成正比，,即：,目录,将（b）式和（c）式代入（a）式，得：,当载荷突然全部加到被冲击物上，,由此可知,突加载荷的动荷系数是2，这时所引起的应力和变形都是静荷应力和变形的2倍。,此时T=0,1.若已知冲击物自高度 h 处无初速下落,冲击 物与被冲击物接触时的速度为v,2.若已知冲击物自高度 h 处以初速度 下落,则,3.当构件受水平方向冲击,例10-2：等截面刚架的抗弯刚度为 EI，抗弯截面系数为 W，重物Q自由下落时，求刚架内的最大正应力（不计轴力）。,目录,解：,例10-3：重物Q自由落下冲击在AB梁的B点处，求B点的挠度。,目录,解：,例10-4：图示钢杆的下端有一固定圆盘，盘上放置弹簧。弹簧在 1kN的静载荷作用下缩短0.625mm。钢杆直径d=40mm,l=4m，许用应力=120MPa,E=200GPa。若有重为 15kN的重物自由落下，求其许可高度h。,解：,
