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材料力学-弯曲应力-课件__(4).ppt

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梁横截面上的正应力分析 1 2 220 y 60 280 z * * * σ 梁横截面上的正应力分析 τ 弯曲内力 剪力FS(shear force) 弯矩M(bending moment) FQ M 基 本 概 念 1.剪力弯曲和纯弯曲 剪力弯曲(shear bending): , 纯弯曲(pure bending): , 中性层(neutral layer):在弯曲时,即不伸长也不缩短的那一层。 中性轴(neutral axis ):中性层和梁横截面的交线。 ★ 中性层、横截面及纵向对称面两两正交。 中性层是否在中间,如何确定 3.中性层和中性轴 z x y 返回本节目录 观察变形 几何关系 应变分布 应力分布 物理关系 应力表达式 静力学关系 纯弯曲时梁的正应力 梁由直变弯, 以中性层为界,一侧 伸长, 一侧 缩短; 横截面仍为平面,只是相对旋转了一个角度; 1.实验观察和几何关系 在弯曲过程中梁的横截面始终与梁的轴线保持正交。 ★ 平面假设 (plane assumption): 梁变形后,其原来的横截面仍保持为平面,只是绕各自的中性轴转过一个角度,并均与弯曲后的轴线保持正交。 变形后: 变形前: ★ 几何关系 (geometry relationship) y dx a a dθ ρ y a’ a’ 3. 静力学关系(statics relationship) 2. 物理关系 (stress-strain relationship) z Me σdA x M y Iyz=0自动满足。 ∴Sz=0 z 轴为形心轴。 z Me σdA x M y EIz—弯曲刚度(flexural rigidity)。 z Me σdA x M y M— 所求横截面上的弯矩 IZ—横截面对中性轴的惯性矩 y— 所求点到中性轴的距离 ★ 说明: 1. 在使用上式计算正应力时,通常以M、y 的绝对值代入,求得应力的值,再根据变形判断应力的正负,以中性轴为界,凸出的一侧受拉(正),凹入的一侧受压(负)。 Me z y 2. 上式是以矩形截面梁为例导出的,但对截面为其它对称形状的梁也都适用。 圆环 圆形 矩形 4.σmax 的计算 —弯曲截面系数 (section modulus in bending) M z 5.横力弯曲时正应力公式的适用条件 条件: 细长杆 。 (x) 返回本节目录 B A C P 10m z 12.5 560 21 166 a 5m 例题 :图示简支梁由 56 a 工字钢制成 ,其横截面见图 p = 150kN。求 (1) 梁上的最大正应力 ?max (2) 同一截面上翼缘与腹板交界处 a 点的应力 B A C P 10m z 12.5 560 21 166 a 5m RA RB 解 :支座反力为 + 375KN.m 作弯矩图 z 12.5 560 21 166 a 查型钢表,56 a 工字钢 中间截面为危险截面。 最大弯矩为 + 375KN.m z 12.5 560 21 166 a (1) 梁的最大正应力 梁的最大正应力发生在弯矩最大截面距中性轴最远的上,下 边缘各点处,即 + 375KN.m ( 2 ) 危险截面上a 点的正应力 a点到中性轴的距离为 所以 a 点的正应力为 z 12.5 560 21 166 a + 375KN.m 等直梁 横力弯曲 时,某一横截面上的最大正应力发生在距中性轴最远的位置。 三,梁的正应力强度条件 1,对于中性轴为对称轴的截面 Wz 称为抗弯截面系数 正应力强度条件为 2,对于中性轴不是对称轴的截面 比如铸铁等 脆性材料 制成的梁,由于材料的 (两者有时并不发生在同一横截面上) 且梁横截面的 中性轴 一般也不是对称轴,所以梁的 要求梁上 最大的拉应力 和 最大的压应力 分别不超过材料 的 许用拉应力 和 许用压应力 。 正应力强度条件为 可对梁按正应力进行强度校核 3,正应力强度条件解决三方面问题 (中性轴是对称轴) (中性轴不是对称轴) 选择梁的截面 确定梁的许可荷载 3,正应力强度条件解决三方面问题 例题 : 跨长 l = 2m 的铸铁梁受力如图所示。已知材料的拉, 压许用应力分别为 [?t] = 30 MPa ,[?C] = 90MPa。试 根据截面最为合理的要求: (1)确定 T 字形截面梁横截面的一个尺寸 ? 。 (2)校核梁的强度。 A B 1m 2m P=80KN 220 y 60 280 z 解:AB 梁各截面弯矩均为正值,且中间截面是危险截面。 假设截面形心位置如
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