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1、2020/7/23,1,第五章彎曲應(yīng)力,1掌握梁彎曲時橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律及相應(yīng)的強度條件； 2了解彎曲時橫截面上切應(yīng)力的分布規(guī)律； 3了解提高梁彎曲強度的一些措施。,基本要求,2020/7/23,2,5-1 基本概念,1中性層和中性軸,2020/7/23,3,橫彎曲：（AC、DB段） Fs0， M0,純彎曲：（CD段） Fs = 0，M0,2橫彎曲和純彎曲,F,F,2020/7/23,4,變形現(xiàn)象：（1）橫線仍是直線，只是發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，但仍與縱線正交。 （2）縱線彎曲成曲線，且梁的一側(cè)伸長，另一側(cè)縮短。,平面假設(shè)：梁變形后，橫截面仍保持平面，并垂直于變形后梁的軸線，只是繞著梁上某
2、一軸轉(zhuǎn)過一個角度。,一試驗與假設(shè),5-2 純彎曲時的正應(yīng)力,2020/7/23,5,需討論：正應(yīng)力沿高度方向的分布規(guī)律； 各點正應(yīng)力的大小。,基本假設(shè)：縱向纖維間互不擠壓（無擠壓應(yīng)力）； 平面假設(shè),二彎曲正應(yīng)力公式,2020/7/23,6,分析梁橫截面上的正應(yīng)力，就是要確定梁橫截面上各點的正應(yīng)力與彎矩、橫截面的形狀和尺寸之間的關(guān)系。由于橫截面上的應(yīng)力是看不見的，而梁的變形是可以看見的，應(yīng)力又和變形有關(guān)，因此，可以根據(jù)梁的變形情形推知梁橫截面上的正應(yīng)力分布。,應(yīng)力分布,應(yīng)力公式,變 形,應(yīng)變分布,2020/7/23,7,線段 aa 正應(yīng)變,表明：純彎曲時梁橫截面上各點的縱向線應(yīng)變沿截
3、面高度線性分布。,建立坐標系： x截面外法線 y截面對稱軸 z中性軸,1、變形幾何關(guān)系,2020/7/23,8,,對于線彈性材料，有胡克定律,表明：純彎梁橫截面上任一點處的正應(yīng)力與該點到中性軸的垂直距離 y 成正比，即正應(yīng)力沿著截面高度按線性分布。,2、物理關(guān)系,2020/7/23,9,表明：中性軸 z 通過截面形心，并且垂直于對稱軸。,EIz截面的抗彎剛度。,,,3、靜力關(guān)系,,2020/7/23,10,,,實際計算中，可根據(jù)截面上彎矩的方向，直接判斷中性軸的哪一側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力，哪一側(cè)產(chǎn)生壓應(yīng)力，而不必計及M和 y 的正負。,純彎曲時正應(yīng)力計算公式,2020/7/23,11,5-3 橫力彎曲時
4、正應(yīng)力,抗彎截面系數(shù),一最大彎曲正應(yīng)力,2020/7/23,12,2020/7/23,13,強度計算步驟：（1）求支反力并畫內(nèi)力圖。（2）判斷梁的危險截面和危險點。（3）求截面圖形的靜矩和慣性矩等。（4）計算危險點的應(yīng)力。（5）列出強度條件，進行強度計算。 利用強度條件，可進行強度校核、截面設(shè)計、確定許可載荷。,二彎曲強度條件,2020/7/23,14,例5-1 矩形截面簡支梁承受均布載荷作用。已知：矩形的寬度b=20mm，高度h30mm；均布載荷集度q10 kN/m ；梁的長度l450mm。求：梁最大彎矩截面上1、2兩點處的正應(yīng)力。,2020/7/23,15,2. 計算慣性矩,解：1. 計算
5、最大彎矩,2020/7/23,16,于是彎矩最大截面上，1、2兩點的正應(yīng)力分別為,均布載荷作用在縱向?qū)ΨQ面內(nèi)，因此橫截面的水平對稱軸(x)就是中性軸。根據(jù)彎矩最大截面上彎矩的方向，可以判斷：1點受拉應(yīng)力，2點受壓應(yīng)力。,2020/7/23,17,例5-2 圖示懸臂梁，自由端承受集中載荷 F=15kN作用，試計算截面BB的最大彎曲拉應(yīng)力與最大彎曲壓應(yīng)力。,2020/7/23,18,解：1、確定形心位置,2、計算慣性矩,3、計算B截面的應(yīng)力,2020/7/23,19,例5-3 圓軸在A、B兩處的滾珠軸承可以簡化為鉸鏈支座；軸的外伸部分BD是空心的。軸的直徑和其余尺寸以及軸所承受的載荷都標在圖中。已
6、知的拉伸和壓縮的許用應(yīng)力相等。試分析：圓軸的強度是否安全。,M (KNm),2020/7/23,20,FRA2.93kN FRB=5.07 kN,解：1. 確定約束力,MC1.17 kNm MB-0.9 kNm,2. 畫彎矩圖，判斷可能的危險截面,M(KNm),3.計算危險截面上的最大正應(yīng)力,C截面：,2020/7/23,21,B以右的截面：,因此，圓軸的強度是安全的。,M(KNm),C截面：,2020/7/23,22,例5-4 簡支梁在跨中受集中載荷F=30kN，l=8m，s=120MPa 。 （1）試為梁選擇工字鋼型號。 （2）當F提高為40kN時，原工字鋼型號不變，試問采取什么措施使梁
7、仍能滿足強度條件。,2020/7/23,23,解：（1）選擇工字鋼的型號,選28a工字鋼，,（2）當P=40KN時，,方法一，加付梁，設(shè)總長為a。,2020/7/23,24,方法二，焊接一長度為a，截面為80mm*10mm的鋼板條。,2020/7/23,25,例5-5 T形截面鑄鐵梁的載荷和截面尺寸如圖 所示。鑄鐵的抗拉許用應(yīng)力為st=30MPa，抗壓許用應(yīng)力為sc=160MPa。已知截面對形心軸z的慣性矩為Iz=763cm4，且y1=52mm。試核核梁的強度。,M (KNm),2020/7/23,26,5-4 彎曲切應(yīng)力,（1）橫截面上任一點處的切應(yīng)力方向均平行于剪力。 （2）切應(yīng)力沿截面寬
8、度均勻分布。,基本假設(shè),2020/7/23,27,2020/7/23,28,一、矩形截面梁的橫彎曲切應(yīng)力,2020/7/23,29,二、工字形截面梁橫的彎曲切應(yīng)力,2020/7/23,30,三、圓截面梁的彎曲切應(yīng)力,2020/7/23,31,當梁的跨度較小或載荷靠近支座時，焊接或鉚接的壁薄截面梁，或梁沿某一方向的抗剪能力較差（木梁的順紋方向，膠合梁的膠合層）等，還需進行彎曲剪應(yīng)力強度校核。,一般先按正應(yīng)力的強度條件選擇截面的尺寸和形狀，然后按切應(yīng)力強度條件校核。,四彎曲切應(yīng)力強度條件,2020/7/23,32,例5-6 如圖所示簡易起重機梁，用工字鋼制成。若載荷F=20KN，并可沿梁軸移動，試
9、選擇工字鋼型號。已知梁的跨度l=6m，許用應(yīng)力s=100MPa，許用切應(yīng)力t=60MPa。,2020/7/23,33,解：（1）內(nèi)力分析,選28a工字鋼，,（2）按正應(yīng)力強度條件選擇截面,（3）校核切應(yīng)力強度,2020/7/23,34,例5-7 畫出圖示結(jié)構(gòu)的剪力圖和彎矩圖，并求梁中橫截面上的最大正應(yīng)力和最大切應(yīng)力。,,,,,,,,,2.5,2,1. 25,1. 75,,,0. 5,解：1、畫出剪力和彎矩圖；,2020/7/23,35,yC =42.5mm,D截面上側(cè)有最大拉應(yīng)力：,D截面下側(cè)有最大壓應(yīng)力：,2、計算截面形心和對中性軸的慣性矩；,3、計算最大正應(yīng)力；,2020/7/23,36,
10、最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在AB段的中性層上。,4、計算最大切應(yīng)力；,2020/7/23,37,5-5 提高彎曲強度的措施,一減小最大彎矩 二提高抗彎截面系數(shù) 三提高材料的力學性能,2020/7/23,38,1改變加載的位置或加載方式 2改變支座的位置,一減小最大彎矩,2020/7/23,39,合理布置支座,2020/7/23,40,1選用合理的截面形狀,二提高抗彎截面系數(shù),脆性材料,塑性材料,2020/7/23,41,合理設(shè)計截面,2020/7/23,42,合理放置截面,2020/7/23,43,2用變截面梁（等強度梁 ）,2020/7/23,44,階梯軸,2020/7/23,45,構(gòu)件選用何種材料，應(yīng)
11、綜合考慮安全、經(jīng)濟等因素。 低合金鋼如16Mn、15MnTi代替普通鋼； 球墨鑄鐵代替鋼材制造曲軸和齒輪。,三提高材料的力學性能,2020/7/23,46,本 章 小 結(jié),1基本概念： 純彎曲、橫彎曲、中性層、中性軸,3彎曲切應(yīng)力（了解）,2彎曲正應(yīng)力,（1）計算公式,（2）分布規(guī)律 沿截面高度，彎曲正應(yīng)力按線性規(guī)律變化。,（正負由彎矩方向判定）,2020/7/23,47,5提高構(gòu)件彎曲強度的主要措施是： 減小最大彎矩；提高抗彎截面系數(shù)和材料性能。,4正應(yīng)力的強度條件,（1）塑性材料,（2）脆性材料,特別注意：截面形狀為非對稱時梁的危險點的確定,2020/7/23,48,本 章 作 業(yè),P166 5-1、5-4、5-5、5-11、5-12、5-16、5-17 5-21、,
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