材料力学6、弯曲内力.ppt
1,第六章 弯曲内力,材料力学,2,61 引言62 剪力和弯矩63 剪力图和弯矩图64 载荷集度、剪力和弯矩间的关系65 按叠加原理作弯矩图66 平面刚架和曲杆的弯曲内力 弯曲内力习题课,第六章 弯曲内力,3,弯曲内力,61 引 言,一、弯曲的概念,1.弯曲:杆受垂直于轴线的外力或外力偶矩的作用时,其轴 线变成了曲线，这种变形称为弯曲。,2.梁：以弯曲变形为主的构件通常称为梁。,3.受力特点：外力垂直于杆轴线,力偶作用于轴线所在平面内。,4.变形特点：杆轴线由直变弯。,4,5.工程实例,弯曲内力,5,弯曲内力,6,弯曲内力,6.平面弯曲：杆发生弯曲变形后，轴线仍然和外力在同一 平面内。,对称弯曲（如下图）平面弯曲的特例。,7,弯曲内力,对称弯曲 若梁具有纵向对称面，当所有外力(包括支 反力,力偶)都作用在梁的纵向对称面内时，这种弯曲称为对称弯曲。,下面几章中，将以对称弯曲为主，讨论梁的应力和变形计算。,8,弯曲内力,二、梁的计算简图,梁的支承条件与载荷情况一般都比较复杂，为了便于分析计算，应进行必要的简化，抽象出计算简图。,1.构件本身的简化 通常取梁的轴线来代替梁。,2.载荷简化 作用于梁上的载荷（包括支座反力）可简化为三种类型：集中力、集中力偶和分布载荷。,3.支座简化,9,弯曲内力,固定铰支座 2个约束，1个自由度。如：桥梁下的固定支座，止推滚珠轴承等。,可动铰支座 1个约束，2个自由度。如：桥梁下的辊轴支座，滚珠轴承等。,10,弯曲内力,固定端 3个约束，0个自由度。如：游泳池的跳水板支座，木桩下端的支座等。,4.梁的三种基本形式,简支梁,悬臂梁,11,弯曲内力,外伸梁,5.静定梁与超静定梁,静定梁：由静力学方程可求出支反力，如上述三种基本 形式的静定梁。超静定梁：由静力学方程不可求出支反力或不能求出全 部支反力。,12,弯曲内力,例1贮液罐如图示，罐长L=5m，内径 D=1m，壁厚t=10mm，钢的密度为：7.8g/cm，液体的密度为：1g/cm,液面高 0.8m，外伸端长 1m，试求贮液罐的计算简图。,解：,13,弯曲内力,14,62 剪力和弯矩,一、弯曲内力：,弯曲内力,例已知：如图，P，a，l。求：距A端x处截面上内力。,l,A,A,B,B,解：求外力,15,弯曲内力,求内力截面法,A,Q,M,M,Q,弯曲构件内力,1.弯矩：M 构件受弯时，横截面上位于轴线所在平面内的内力偶矩.矩心为横截面形心.,C,C,16,弯曲内力,2.剪力：Q 构件受弯时，横截面上过截面形心且平行于截面的内力。,3.内力的正负规定:,剪力Q:绕研究对象顺时针转为正剪力；反之为负。,弯矩M：使微段梁产生上弯趋势的为正弯矩；反之为负弯矩。,Q(+),Q(),Q(),Q(+),M(+),M(+),M(),M(),上弯为正,左上右下为正,17,例2：求图（a）所示梁1-1、2-2截面处的内力。,解：截面法求内力。1-1截面处截取的分离体 如图（b）示。,图（a）,二、数值计算,Q1,A,M1,图（b）,弯曲内力,18,2-2截面处截取的分离体如图（c）,图（a）,q,Q2,B,M2,弯曲内力,图（c）,19,梁任一截面上的剪力,在数值上等于该截面一侧所有横向外力的代数和.,q,弯曲内力,梁任一截面上的弯矩,在数值上等于该截面一侧所有外力(包括力偶)对该截面形心之矩的代数和.,20,弯曲内力,1.内力方程：内力与横截面位置坐标（x）间的函数关系式。,2.剪力图和弯矩图：,63 剪力图和弯矩图,21,弯曲内力,例3 求下列各图示梁的内力方程并画出内力图。,解：求支反力,写出内力方程,P,YO,L,根据方程画内力图,Q(x),M(x),x,x,P,PL,22,弯曲内力,解：写出内力方程,根据方程画内力图,L,q,Q(x),x,qL,23,弯曲内力,解：求支反力,内力方程,q0,RA,根据方程画内力图,RB,24,弯曲内力,一、剪力、弯矩与分布荷载间的关系,对dx 段进行平衡分析，有：,64 载荷集度、剪力和弯矩间的关系,q(x),q(x),M(x)+d M(x),Q(x)+d Q(x),Q(x),M(x),dx,A,y,剪力图上某点处的切线斜率等于该点处荷载集度的大小。,25,弯曲内力,q(x),M(x)+d M(x),Q(x)+d Q(x),Q(x),M(x),dx,A,y,弯矩图上某点处的切线斜率等于该点处剪力的大小。,弯矩与荷载集度的关系是：,略去二阶微量),26,二、剪力、弯矩与外力间的关系,外力,无外力段,均布载荷段,集中力,集中力偶,Q图特征,M图特征,水平直线,斜直线,自左向右突变,无变化,斜直线,曲线,自左向右折角,自左向右突变,与m同,弯曲内力,27,弯曲内力,简易作图法:利用内力和外力的关系及特殊点的内力值来作 图的方法。,例4 用简易作图法画下列各图示梁的内力图。,解:利用内力和外力的关系及 特殊点的内力值来作图。,特殊点:端点、分区点（外力变化点）和驻点等。,28,弯曲内力,左端点：,分区点A：,M 的驻点：,右端点：,Q,x,x,M,29,弯曲内力,例5 用简易作图法画下列各图示梁的内力图。,解：求支反力,左端点A：,B点左：,B点右：,C点左：,M 的驻点：,C点右：,右端点D：,q,qa2,qa,RA,RD,Q,x,qa/2,qa/2,qa/2,A,B,C,D,qa2/2,x,M,qa2/2,3qa2/8,qa2/2,30,弯曲内力,65 按叠加原理作弯矩图,一、叠加原理：多个载荷同时作用于结构而引起的内力等于每个载荷单独作用于结构而引起的内力的代数和。,适用条件：小变形.使所求参数（内力、应力、位移）与荷载 满足线性关系。即在弹性限度内满足虎克定律。,步骤：分别作出各项荷载单独作用下梁的弯矩图；将其相应的纵坐标叠加即可（注意：不是图形的简单拼凑）。,31,弯曲内力,例6按叠加原理作弯矩图(AB=2a，力P作用在梁AB的中点处）。,q,P,P,=,+,A,A,A,B,B,B,=,+,32,弯曲内力,三、对称性与反对称性的应用：对称结构在对称载荷作用下，Q图反对称，M图对称；对称结构在反对称载荷作用下，Q图对称，M图反对称。,33,弯曲内力,例7 作下列图示梁的内力图。,P,PL,PL,0.5P,0.5P,0.5P,0.5P,P,0,0.5P,0.5P,0.5P,P,34,弯曲内力,P,PL,PL,0.5P,0.5P,0.5P,0.5P,P,0,M,x,M1,x,M2,x,0.5PL,PL,0.5PL,0.5PL,35,弯曲内力,例8 改内力图之错。,a,2a,a,q,qa2,A,B,Q,x,x,M,qa/4,qa/4,3qa/4,7qa/4,qa2/4,49qa2/32,3qa2/2,5qa2/4,36,弯曲内力,例9 已知Q图，求外载及M图（梁上无集中力偶）。,Q(kN),x,1m,1m,2m,2,3,1,5kN,1kN,q=2kN/m,M(kNm),x,1,1,1.25,37,弯曲内力,66 平面刚架和曲杆的弯曲内力,一、平面刚架,1.平面刚架：同一平面内，不同取向的杆件，通过杆端相 互刚性连接而组成的结构。,2.内力图规定：弯矩图：画在各杆的受压一侧，不注明正、负号。,特点：刚架各杆的内力有：Q、M、N。连接处夹角不变,即两部分无相对转动.,剪力图及轴力图：可画在刚架轴线的任一侧（通常正值画在刚架的外侧），但须注明正、负号。,38,弯曲内力,例10 试作图示刚架的内力图。,P1,P2,a,l,A,B,C,N 图,Q 图,M 图,P1a+P2 l,39,弯曲内力,二、曲杆：轴线为曲线的杆件。内力情况及绘制方法与平面刚架相同。,例11 已知：如图所示，P及R。试绘制Q、M、N 图。,P,解：建立极坐标，O为极点，OB 极轴，q表示截面mm的位置。,A,B,40,弯曲内力,P,A,B,M图,Q图,N图,2PR,P,P,P1,P2,41,弯曲内力,一、内力的直接求法：,剪力图和弯矩图,弯曲内力习题课,梁任一截面上的剪力,在数值上等于该截面一侧所有横向外力的代数和.,梁任一截面上的弯矩,在数值上等于该截面一侧所有外力(包括力偶)对该截面形心之矩的代数和.,42,弯曲内力,剪力、弯矩与分布荷载间的关系：,q(x),二、简易作图法:利用内力和外力的关系及特殊点的内力值来作图的方法。,43,弯曲内力,三、叠加原理：多个载荷同时作用于结构而引起的内力等于每个载荷单独作用于结构而引起的内力的代数和。,四、对称性与反对称性的应用：对称结构在对称载荷作用下，Q图反对称，M图对称；对称结构在反对称载荷作用下，Q图对称，M图反对称。,44,二、剪力、弯矩与外力间的关系,外力,无外力段,均布载荷段,集中力,集中力偶,Q图特征,M图特征,水平直线,斜直线,自左向右突变,无变化,斜直线,曲线,自左向右折角,自左向右突变,与m同,弯曲内力,45,弯曲内力,例 绘制下列图示梁的弯矩图。,=,+,=,+,2Pa,2Pa,Pa,(1),46,弯曲内力,(2),q,q,q,q,=,+,=,+,3qa2/2,qa2/2,qa2,qa2/2,47,弯曲内力,(3),PL/2,=,+,=,+,PL/2,PL/4,PL/2,PL/2,48,第六章结束,弯曲内力,
