梁的正应力强度计算.

§7-2 梁的正应力强度计算

一、最大正应力

在强度计算时，必须算出梁的最大正应力。产生最大正应力的截面，称为危险截面。对于等直梁，弯矩最大的截面就是危险截面。危险截面上的最大应力处称为危险点，它发生在距中性轴最远的上、下边缘处。

对于中性轴是截面对称轴的梁，最大正应力的值为：

max

max max z

M y I σ=

令z

z max

I W y =

，则 max

max z

M W σ=

式中z W 称为抗弯截面系数，是一个与截面形状和尺寸有关的几何量。常用单位是m 3

或mm 3。z W 值越大，max σ就越小，它也反映了截面形状及尺寸对梁的强度的影响。

对高为h 、宽为b 的矩形截面，其抗弯截面系数为：

z z max /12/26

I bh bh W y h ===

对直径为d 的圆形截面，其抗弯截面系数为：

z z max /64/232

I d d W y d ππ===

对于中性轴不是截面对称轴的梁，例如图7-9所示的T 形截面梁，在正弯矩M 作用下

梁下边缘处产生最大拉应力，上边缘处产生最大压应力，其值分别为：

+1max z My I σ=

max

My I σ-= 令z 11I W y =

、z 22

W y =，则有： +

max 1M W σ=

max

M W σ-=

max

σ-

图7-9

二、正应力强度条件

为了保证梁能安全地工作，必须使梁截面上的最大正应力max σ不超过材料的许用应力，这就是梁的正应力强度条件。现分两种情况表达如下：

1、材料的抗拉和抗压能力相同，其正应力强度条件为：

max

max z

[]M W σσ=

≤ 2、材料的抗拉和抗压能力不同，应分别对拉应力和压应力建立强度条件：

+max

max 1[]M W σσ+=

≤ max max

[]M

W σσ--=≤ 根据强度条件可解决有关强度方面的三类问题：

1）强度校核：在已知梁的材料和横截面的形状、尺寸（即已知[]σ、z W ）以及所受荷载（即已知max M ）的情况下，可以检查梁是否满足正应力强度条件。

2）设计截面：当已知荷载和所用材料时（即已知max M 、[]σ），可根据强度条件，计算所需的抗弯截面系数

max

z []M W σ≥

然后根据梁的截面形状进一步确定截面的具体尺寸。

3）确定许用荷载：如已知梁的材料和截面形状尺寸（即已知[]σ、z W ），则先根据强度条件算出梁所能承受的最大弯矩，即：

max z []M W σ≤

然后由max M 与荷载间的关系计算许用荷载。

例7-2 如图7-10所示T 形截面外伸梁。已知材料的许用拉应力[]32MPa σ+=，许用压应力[]70MPa σ-

=。试校核梁的正应力强度。

2m2m

z1200 30

7kN·m

16kN·m

图7-10

解：

（1）绘出弯矩图（图7-10b），可见B截面有最大负弯矩，C截面有最大正弯矩。

（2）确定中性轴位置及计算截面对中性轴的惯性矩

i iC

301708520030185

139mm

3017020030

A y

???+??

===

?+?

∑

c ci i i

()

3017020030

301705420030046

1212

40.310mm

I I a A

=+??++??

∑

（3）强度校核

B截面的最大拉应力在上边缘点处，最大压应力在下边缘点处，其值为：

max6

1610

6124.2MPa

40.310

==?=

上

＜[]

σ+

max6

1610

13955.2MPa

40.310

σ-

==?=

下

＜[]

σ-

C截面的最大压应力在上边缘点处，最大拉应力在下边缘点处，其值为：

max6

710

6110.6MPa

40.310

σ-

==?=

上

＜[]

σ-

max6

710

13924.1MPa

40.310

σ+

==?=

下

＜[]

σ+

正应力分布图如图7-10c所示。

由此例可见，对于中性轴不是对称轴的截面，最大正应力不是发生在弯矩绝对值最大的截面上，这类梁的校核应同时考虑梁的最大正弯矩和最大负弯矩所在截面的强度。

例7-3 如图7-11所示，某简支梁承受两个集中荷载：160kN P =，220kN P =。梁的许用应力[]170MPa σ=。试选用工字钢的型号。

72kN ·m

88kN ·m

a )

b )

图7-11

解：

（1）绘出弯矩图，如图7-11b 所示，可见C 截面有最大正弯矩。（2）计算每根工字梁所需的抗弯截面系数为：

333max z 881025910mm 259cm 2[]2170

M W σ?≥==?=?

由型钢表查得№22a 工字钢的3z 309cm W =＞3

259cm ，采用两根№22a 工字钢。例7-4 如图7-12所示悬臂梁，由两根不等边角钢2×∠125×80×10组成，已知材料的许用应力[]160MPa σ=。试确定许用荷载[]P 。

Pl a )

)

图7-12

解：

（1）绘出弯矩图，如图7-12b 所示，可见A 截面有最大负弯矩。（2）由型钢表查得∠125×80×10的抗弯截面系数为：

3z 37.33cm W '=

（3）计算许用荷载：

max max z z []2M Pl

W W σσ=

=≤'

3z 3

2[]237.3310160

5973N 5.97kN 210W P l σ'???≤===?

工程力学第九章梁的应力及强度计算

工程力学第九章梁的应力及强度计算 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

课时授课计划掌握弯曲应力基本概念；掌握弯曲正应力及弯曲剪应力的计算；掌握弯曲正应力的强度计算；掌握弯曲剪应力强度校核。

教学过程：复习：1、复习刚架的组成及特点。 2、复习平面静定刚架内力图的绘制过程。新课：第九章梁的应力及强度计算第一节纯弯曲梁横截面上的正应力一、纯弯曲横梁截面上的正应力计算公式平面弯曲时，如果某段梁的横截面上只有弯矩M，而无剪力Q = 0，这种弯曲称为纯弯曲。 1、矩形截面梁纯弯曲时的变形观察现象：（1）变形后各横向线仍为直线，只是相对旋转了一个角度，且与变形后的梁轴曲线保持垂直，即小矩形格仍为直角；（2）梁表面的纵向直线均弯曲成弧线，而且，靠顶面的纵线缩短，靠底面的纵线拉长，而位于中间位置的纵线长度不变。 2、假设（1）平面假设：梁变形后，横截面仍保持为平面，只是绕某一轴旋转了一个角度，且仍与变形后的梁轴曲线垂直。中性层：梁纯弯曲变形后，在凸边的纤维伸长，凹边的纤维缩短，纤维层中必有一层既不伸长也不缩短，这一纤维层称为中性层。

中性轴：中性层与横截面的交线称为中性轴。中性轴将横截面分为两个区域——拉伸区和压缩区。注意：中性层是对整个梁而言的；中性轴是对某个横截面而言的。中性轴通过横截面的形心，是截面的形心主惯性轴。（2）纵向纤维假设：梁是由许多纵向纤维组成的，且各纵向纤维之间无挤压。各纵向纤维只产生单向的拉伸或压缩。 3、推理纯弯曲梁横截面上只存在正应力，不存在剪应力。二、纯弯曲横梁截面上正应力分布规律由于各纵向纤维只承受轴向拉伸或压缩，于是在正应力不超过比例极限时，由胡克定律可知 ρ εσy E E =?= 通过上式可知横截面上正应力的分布规律，即横截面上任意一点的正应力与该点到中性轴之间的距离成正比，也就是正应力沿截面高度呈线性分布，而中性轴上各点的正应力为零。三、纯弯曲横梁截面上正应力计算公式梁在纯弯曲时的正应力公式： Z I My = σ 式中：σ——梁横截面上任一点的正应力； M ——该点所在横截面的弯矩； Iz ——横截面对其中性轴z 的惯性矩；矩形Z I =123 bh ；圆形Z I =64 4D π

梁的强度和刚度计算.

梁的强度和刚度计算 1．梁的强度计算梁的强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力，设计时要求在荷载设计值作用下，均不超过《规范》规定的相应的强度设计值。（1）梁的抗弯强度作用在梁上的荷载不断增加时正应力的发展过程可分为三个阶段，以双轴对称工字形截面为例说明如下：梁的抗弯强度按下列公式计算：单向弯曲时 f W M nx x x ≤=γσ （5-3）双向弯曲时 f W M W M ny y y nx x x ≤+=γγσ （5-4）式中：M x 、M y ——绕x 轴和y 轴的弯矩（对工字形和H 形截面，x 轴为强轴，y 轴为弱轴）； W nx 、W ny ——梁对x 轴和y 轴的净截面模量； y x γγ,——截面塑性发展系数，对工字形截面，20.1,05.1==y x γγ；对箱形截面，05.1==y x γγ；对其他截面，可查表得到； f ——钢材的抗弯强度设计值。为避免梁失去强度之前受压翼缘局部失稳，当梁受压翼缘的外伸宽度b 与其厚度t 之比大于y f /23513 ，但不超过y f /23515时，应取0.1=x γ。需要计算疲劳的梁，按弹性工作阶段进行计算，宜取0.1==y x γγ。（2）梁的抗剪强度一般情况下，梁同时承受弯矩和剪力的共同作用。工字形和槽形截面梁腹板上的剪应力分布如图5-3所示。截面上的最大剪应力发生在腹板中和轴处。在主平面受弯的实腹式梁，以截面上的最大剪应力达到钢材的抗剪屈服点为承载力极限状态。因此，设计的抗剪强度应按下式计算

v w f It ≤=τ （5-5）式中：V ——计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值； S ——中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩； I ——毛截面惯性矩； t w ——腹板厚度； f v ——钢材的抗剪强度设计值。图5-3 腹板剪应力当梁的抗剪强度不满足设计要求时，最常采用加大腹板厚度的办法来增大梁的抗剪强度。型钢由于腹板较厚，一般均能满足上式要求，因此只在剪力最大截面处有较大削弱时，才需进行剪应力的计算。（3）梁的局部承压强度图5-4局部压应力当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的固定集中荷载且该荷载处又未设置支承加劲肋，或受有移动的集中荷载时，应验算腹板计算高度边缘的局部承压强度。在集中荷载作用下，翼缘类似支承于腹板的弹性地基梁。腹板计算高度边缘的压应力分布如图5-4c 的曲线所示。假定集中荷载从作用处以1∶2.5（在h y 高度范围）和1∶1（在h R 高度范围）扩散，均匀分布于腹板计算高度边缘。梁的局部承压强度可按下式计算

工程力学第九章梁的应力及强度计算

课时授课计划掌握弯曲应力基本概念；掌握弯曲正应力及弯曲剪应力的计算；掌握弯曲正应力的强度计算；掌握弯曲剪应力强度校核。

（1）平面假设：梁变形后，横截面仍保持为平面，只是绕某一轴旋转了一个角度，且仍与变形后的梁轴曲线垂直。中性层：梁纯弯曲变形后，在凸边的纤维伸长，凹边的纤维缩短，纤维层中必有一层既不伸长也不缩短，这一纤维层称为中性层。中性轴：中性层与横截面的交线称为中性轴。中性轴将横截面分为两个区域——拉伸区和压缩区。注意：中性层是对整个梁而言的；中性轴是对某个横截面而言的。中性轴通过横截面的形心，是截面的形心主惯性轴。（2）纵向纤维假设：梁是由许多纵向纤维组成的，且各纵向纤维之间无挤压。各纵向纤维只产生单向的拉伸或压缩。 3、推理纯弯曲梁横截面上只存在正应力，不存在剪应力。二、纯弯曲横梁截面上正应力分布规律由于各纵向纤维只承受轴向拉伸或压缩，于是在正应力不超过比例极限时，由胡克定律可知

ρ εσy E E =?= 通过上式可知横截面上正应力的分布规律，即横截面上任意一点的正应力与该点到中性轴之间的距离成正比，也就是正应力沿截面高度呈线性分布，而中性轴上各点的正应力为零。三、纯弯曲横梁截面上正应力计算公式梁在纯弯曲时的正应力公式： Z I My = σ 式中：σ——梁横截面上任一点的正应力； M ——该点所在横截面的弯矩； Iz ——横截面对其中性轴z 的惯性矩；矩形Z I =123 bh ；圆形Z I =64 4D π y ——所求正应力点到中性轴的距离。正应力的单位为：Pa 或MPa ，工程上常用MPa 。公式表明：梁横截面上任一点的正应力σ与截面上的弯矩M 和该点到中性轴的距离成正比，而与截面对中性轴的惯性矩 IZ 成反比。

杆件的强度计算公式资料讲解

杆件的强度、刚度和稳定性计算 1.构件的承载能力，指的是什么？答：构件满足强度、刚度和稳定性要求的能力称为构件的承载能力。 (1)足够的强度。即要求构件应具有足够的抵抗破坏的能力，在荷载作用下不致于发生破坏。 (2)足够的刚度。即要求构件应具有足够的抵抗变形的能力，在荷载作用下不致于发生过大的变形而影响使用。 (3)足够的稳定性。即要求构件应具有保持原有平衡状态的能力，在荷载作用下不致于突然丧失稳定。 2.什么是应力、正应力、切应力？应力的单位如何表示？答：内力在一点处的集度称为应力。垂直于截面的应力分量称为正应力或法向应力，用σ表示；相切于截面的应力分量称切应力或切向应力，用τ表示。应力的单位为Pa。 1 Pa=1 N／m2 工程实际中应力数值较大，常用MPa或GPa作单位 1 MPa=106Pa 1 GPa=109Pa 3.应力和内力的关系是什么？答：内力在一点处的集度称为应力。 4.应变和变形有什么不同？答：单位长度上的变形称为应变。单位纵向长度上的变形称纵向线应变，简称线应变，以ε表示。单位横向长度上的变形称横向线应变，以ε/表示横向应变。 5.什么是线应变？什么是横向应变？什么是泊松比？答：（1）线应变单位长度上的变形称纵向线应变，简称线应变，以ε表示。对于轴力为常量的等截面直杆，其纵向变形在杆内分布均匀，故线应变为 l l? = ε （4-2）拉伸时ε为正，压缩时ε为负。线应变是无量纲（无单位）的量。（2）横向应变拉(压)杆产生纵向变形时，横向也产生变形。设杆件变形前的横向尺寸为a，变形后为a1，则横向变形为 a a a- = ? 1 横向应变ε/为

基本变形的应力和强度计算

教学课题基本变形的应力和强度计算【练习课】教学目标或要求 1、理解各种基本变形的应力特点和分布规律； 2、掌握各种基本变形的应力和强度计算方法； 3、理解材料在拉伸和压缩时的机械性能指标的含义。教学重点、难点教学方法、手段讲练结合，以练为主教学过程及内容基本变形的应力和强度计算强度是指材料在外力作用下对塑性变形和断裂的抵抗能力。强度问题事关重大，强度不足，就有可能酿成大祸。工程结构和机器零件必须具有足够的强度。强度是材料力学研究的一个主要问题。第一节轴向拉伸与压缩的应力和强度计算一、横截面的正应力例1：如图a所示一变截面直杆，横截面为圆形，d 1＝200mm，d 2 ＝150mm，承受轴向载荷F 1＝30kN，F 2 ＝100kN的作用，试求各段截面上的正应力。图 a 图 b 解：1）计算轴力：AB段的轴力：N AB ＝－F 2 ＋F 1 ＝－70kN（压） BC段的轴力：N BC ＝F 1 ＝30kN（拉）画出轴力图如图12.1.2b所示。2）求横截面面积 AB段的横截面积： BC段的横截面积： 3）计算各段正应力 AB段的正应力：

BC段的正应力：负号表示AB上的应力为压应力。二、强度问题例2：气动夹具如图所示，已知气缸内径D=140mm，缸内气压p=0.6MPa，活塞杆材料为20钢，[σ]=80MPa,试设计活塞杆的直径，解：活塞杆两端受拉力，发生轴向拉伸变形，轴力可以由气体的压强求出，再利用N、[σ]就可以设计截面。 1．计算轴力 6. 6231 140 4 6.0 4 2 2= ? ? = = π π D p N kN 2.设计截面 []4. 115 80 6. 9231 = = ≥ σ N A mm2 根据 2 4 d A π = ，得出 1. 12 4 = = π A d mm 因此，取d12 ≥mm 注意：在解题目过程中，应首先判断问题是要设计截面，然后设法去求轴力，轴力利用压强可以求出，问题得到解决。另外要注意物理量的单位换算，当轴力、长度用N和mm时，应力的对应单位是MPa.

桥式起重机主梁强度、刚度计算

桥式起重机箱形主梁强度计算一、通用桥式起重机箱形主梁强度计算(双梁小车型) 1、受力分析作为室用通用桥式起重机钢结构将承受常规载荷G P 、Q P 和H P 三种基本载荷和偶然载荷S P ，因此为载荷组合Ⅱ。其主梁上将作用有G P 、Q P 、H P 载荷。主梁跨中截面承受弯曲应力最大，为受弯危险截面；主梁跨端承受剪力最大，为剪切危险截面。当主梁为偏轨箱形梁时，主梁跨中截面除了要计算整体垂直与水平弯曲强度计算、局部弯曲强度计算外，还要计算扭转剪切强度，弯曲强度与剪切强度需进行折算。 2、主梁断面几何特性计算上下翼缘板不等厚,采用平行轴原理计算组合截面的几何特性。

图2-4 注：此箱形截面垂直形心轴为y-y 形心线，为对称形心线。因上下翼缘板厚不等，应以x ’— x ’为参考形心线,利用平行轴原理求水平形心线x —x 位置c y 。 ① 断面形状如图2-4所示,尺寸如图所示的H 、1h 、2h 、B 、b 、0b 等。 ② 3212F F F F ++=∑ [11Bh F =，02bh F =，23Bh F =] ③ Fr q ∑= (m kg /) ④ 3 21232021122.)21(2)2(F F F h F h h F h H F F y F y i i c +++++- =∑?∑= (cm ) ⑤ 2 233 22323212113 112 212)(212y F Bh y F h h H b y F Bh J x ?++?+--+?+= (4cm ) ⑥ 202032231)2 2(21221212b b F h b B h B h J y ++++= (4cm )

液压机横梁的强度与刚度的计算

横梁的强度与刚度的计算由于横梁是三个方向上尺寸相差不太多的箱体零件，用材料力学的强度分析方法不能全面地反应它的应力状况。目前，在进行初步设计计算时，还只能将横梁简化为简支梁进行粗略核算，而将许用应力取得很低。按简支梁计算出的横梁中间截面的应力值和该处实测应力值还比较接近，因此作为粗略核算，这种方法还是可行的。但无法精确计算应力集中区的应力，那里的最大应力要大很多。有限单元法的以展提供了比较精确地计算横梁各部分应力的可能性，因此，目前在设计横梁时，普遍使用有限单元法计算。但作为分析强度的基础，下面将介绍支梁算法。当上下横梁刚度不够时，会给立柱带来附加弯矩。上横梁刚度如太小，或两个方向上刚度不一样，在液压缸加载时，上横梁和工作缸法兰的接触面会形成局部接触，使工作缸过早损坏。一般对横梁的刚度要求为立柱间每米跨度上挠度不超过0.15mm。由于横梁均属于跨度比较小而高度相对比较大的梁，因此在计算挠度时，除了考虑弯矩引起的挠度外，还必须计算由于剪力引起的挠度。一、上横梁的强度与刚度的计算：由于上横梁的刚度远大于立太平的刚度，因此可以将上横梁简化为简支梁，支点间距离为宽边立柱中心距。（1）单缸液压机工作的公称力简化为作用于法兰半圆环重心上的两个集中力，如下图：

单缸液压机上横梁受力简图最大弯矩在梁的中点： M max =P/2（1/2－D/∏）式中：P—液压机公称压力（N）； D—缸法兰的环形接触面平均直径（cm）； L—立柱宽边中心距（cm）。最大剪力为： Q =P/2 最大挠度在梁的中点： ?0=P/48EJ×(L/2－D/∏)×[3L2－4（L/2－D/∏）2]＋KPL/4GA[1－2（D/∏L）] ＝PL3/48EJ×[1－6（D/∏L）2＋4（D/∏L）3]＋KPL/4GA[1－2（D/∏L）] 式中：E—梁的弹性模量（N/㎝2）； J—梁的截面惯性矩（cm2）； G—梁的剪切弹性模量（N/㎝2）； A—梁的截面积（cm2）； K—截面形状系数，见式（2—80）。

桥式起重机主梁强度、刚度计算

桥式起重机箱形主梁强度计算一、通用桥式起重机箱形主梁强度计算(双梁小车型) 1、受力分析作为室内用通用桥式起重机钢结构将承受常规载荷G P 、Q P 和H P 三种基本载荷和偶然载荷S P ，因此为载荷组合Ⅱ。其主梁上将作用有G P 、Q P 、H P 载荷。主梁跨中截面承受弯曲应力最大，为受弯危险截面；主梁跨端承受剪力最大，为剪切危险截面。当主梁为偏轨箱形梁时，主梁跨中截面除了要计算整体垂直与水平弯曲强度计算、局部弯曲强度计算外，还要计算扭转剪切强度，弯曲强度与剪切强度需进行折算。 2、主梁断面几何特性计算上下翼缘板不等厚,采用平行轴原理计算组合截面的几何特性。

梁的刚度计算

梁得强度与刚度计算１．梁得强度计算梁得强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度与折算应力,设计时要求在荷载设计值作用下,均不超过《规范》规定得相应得强度设计值。 (1)梁得抗弯强度作用在梁上得荷载不断增加时正应力得发展过程可分为三个阶段,以双轴对称工字形截面为例说明如下：梁得抗弯强度按下列公式计算：单向弯曲时 ?????(5-3) 双向弯曲时 ?????(5-4）ｙ轴式中：M x 、M y——绕x轴与y轴得弯矩(对工字形与H形截面,x轴为强轴，为弱轴); W nx、Ｗny——梁对x轴与y轴得净截面模量; ——截面塑性发展系数,对工字形截面,;对箱形截面,;对其她截面，可查表得到; f ——钢材得抗弯强度设计值。为避免梁失去强度之前受压翼缘局部失稳,当梁受压翼缘得外伸宽度b与其厚度t之比大于，但不超过时,应取。需要计算疲劳得梁，按弹性工作阶段进行计算,宜取。 (2)梁得抗剪强度一般情况下,梁同时承受弯矩与剪力得共同作用。工字形与槽形截面梁腹板上得剪应力分布如图5-3所示。截面上得最大剪应力发生在腹板中与轴处。在主平面受弯得实腹式梁,以截面上得最大剪应力达到钢材得抗剪屈服点为承载力极限状态。因此,设计得抗剪强度应按下式计算 ???????（5-5）式中:V——计算截面沿腹板平面作用得剪力设计值; S——中与轴以上毛截面对中与轴得面积矩；

I——毛截面惯性矩; t w——腹板厚度; f v——钢材得抗剪强度设计值。图５－３腹板剪应力当梁得抗剪强度不满足设计要求时,最常采用加大腹板厚度得办法来增大梁得抗剪强度。型钢由于腹板较厚,一般均能满足上式要求,因此只在剪力最大截面处有较大削弱时,才需进行剪应力得计算。 (３）梁得局部承压强度图5-4局部压应力当梁得翼缘受有沿腹板平面作用得固定集中荷载且该荷载处又未设置支承加劲肋,或受有移动得集中荷载时，应验算腹板计算高度边缘得局部承压强度。在集中荷载作用下,翼缘类似支承于腹板得弹性地基梁。腹板计算高度边缘得压应力分布如图5-4c得曲线所示。假定集中荷载从作用处以1∶2、5(在h y高度范围)与１∶1（在ｈR高度范围)扩散,均匀分布于腹板计算高度边缘。梁得局部承压强度可按下式计算 ???????（５-6) 式中:F——集中荷载,对动力荷载应考虑动力系数； ——集中荷载增大系数:对重级工作制吊车轮压,=１、３5；对其她荷载，＝１、0; ——集中荷载在腹板计算高度边缘得假定分布长度，其计算方法如下

关于梁的正应力强度计算.

§7-2 梁的正应力强度计算一、最大正应力在强度计算时，必须算出梁的最大正应力。产生最大正应力的截面，称为危险截面。对于等直梁，弯矩最大的截面就是危险截面。危险截面上的最大应力处称为危险点，它发生在距中性轴最远的上、下边缘处。对于中性轴是截面对称轴的梁，最大正应力的值为： max max max z M y I σ= 令z z max I W y = ，则 max max z M W σ= 式中z W 称为抗弯截面系数，是一个与截面形状和尺寸有关的几何量。常用单位是m 3 或mm 3。z W 值越大，max σ就越小，它也反映了截面形状及尺寸对梁的强度的影响。对高为h 、宽为b 的矩形截面，其抗弯截面系数为： 32 z z max /12/26 I bh bh W y h === 对直径为d 的圆形截面，其抗弯截面系数为： 43 z z max /64/232 I d d W y d ππ=== 对于中性轴不是截面对称轴的梁，例如图7-9所示的T 形截面梁，在正弯矩M 作用下梁下边缘处产生最大拉应力，上边缘处产生最大压应力，其值分别为： +1max z My I σ= 2max z My I σ-= 令z 11I W y = 、z 22 I W y =，则有： + max 1 M W σ= max 2 M W σ-=

max σ- 图7-9 二、正应力强度条件为了保证梁能安全地工作，必须使梁截面上的最大正应力max σ不超过材料的许用应力，这就是梁的正应力强度条件。现分两种情况表达如下： 1、材料的抗拉和抗压能力相同，其正应力强度条件为： max max z []M W σσ= ≤ 2、材料的抗拉和抗压能力不同，应分别对拉应力和压应力建立强度条件： +max max 1[]M W σσ+= ≤ max max 2 []M W σσ--=≤ 根据强度条件可解决有关强度方面的三类问题： 1）强度校核：在已知梁的材料和横截面的形状、尺寸（即已知[]σ、z W ）以及所受荷载（即已知max M ）的情况下，可以检查梁是否满足正应力强度条件。 2）设计截面：当已知荷载和所用材料时（即已知max M 、[]σ），可根据强度条件，计算所需的抗弯截面系数 max z []M W σ≥ 然后根据梁的截面形状进一步确定截面的具体尺寸。 3）确定许用荷载：如已知梁的材料和截面形状尺寸（即已知[]σ、z W ），则先根据强度条件算出梁所能承受的最大弯矩，即： max z [] M W σ≤ 然后由max M 与荷载间的关系计算许用荷载。例7-2 如图7-10所示T 形截面外伸梁。已知材料的许用拉应力[]32MPa σ+ =，许用压应力[]70MPa σ- =。试校核梁的正应力强度。

梁的强度与刚度

第八章梁的强度与刚度第二十四讲梁的正应力截面的二次矩第二十五讲弯曲正应力强度计算（一）第二十六讲弯曲正应力强度计算（二）第二十七讲弯曲切应力简介第二十八讲梁的变形概述提高梁的强度和刚度

第二十四讲纯弯曲时梁的正应力常用截面的二次矩目的要求：掌握弯曲梁正应力的计算和正应力分布规律。教学重点：弯曲梁正应力的计算和正应力分布规律。教学难点：平行移轴定理及其应用。教学内容：第八章平面弯曲梁的强度与刚度计算 §8-1 纯弯曲时梁的正应力一、纯弯曲概念：１、纯弯曲：平面弯曲中如果某梁段剪力为零，该梁段称为纯弯曲梁段。２、剪切弯曲：平面弯曲中如果某梁段剪力不为零（存在剪力），该梁段称为剪切弯曲梁段。二、纯弯曲时梁的正应力：１、中性层和中性轴的概念：中性层：纯弯曲时梁的纤维层有的变长，有的变短。其中有一层既不伸长也不缩短，这一层称为中性层。中性轴：中性层与横截面的交线称为中性轴。２、纯弯曲时梁的正应力的分布规律：以中性轴为分界线分为拉区和压区，正弯矩上压下拉，负弯矩下压上拉，正应力成线性规律分布，最大的正应力发生在上下边沿点。

３、纯弯曲时梁的正应力的计算公式：（１）、任一点正应力的计算公式：（２）、最大正应力的计算公式：其中：M---截面上的弯矩；I Z---截面对中性轴(z轴)的惯性矩； y---所求应力的点到中性轴的距离。说明：以上纯弯曲时梁的正应力的计算公式均适用于剪切弯曲。

§8-2 常用截面的二次矩平行移轴定理一、常用截面的二次矩和弯曲截面系数：１、矩形截面：２、圆形截面和圆环形截面：圆形截面圆环形截面其中：

杆件强度、刚度、稳定性计算

建筑力学问题简答（五）杆件的强度、刚度和稳定性计算 125．构件的承载能力，指的是什么？答：构件满足强度、刚度和稳定性要求的能力称为构件的承载能力。 (1)足够的强度。即要求构件应具有足够的抵抗破坏的能力，在荷载作用下不致于发生破坏。 (2)足够的刚度。即要求构件应具有足够的抵抗变形的能力，在荷载作用下不致于发生过大的变形而影响使用。 (3)足够的稳定性。即要求构件应具有保持原有平衡状态的能力，在荷载作用下不致于突然丧失稳定。 126．什么是应力、正应力、切应力？答：内力在一点处的集度称为应力。垂直于截面的应力分量称为正应力或法向应力，用ζ表示；相切于截面的应力分量称切应力或切向应力，用η表示。 127．应力的单位如何表示？答：应力的单位为Pa 。 1 Pa =1 N ／m 2 工程实际中应力数值较大，常用MPa 或GPa 作单位 1 MPa =106Pa 1 GPa =109 Pa 128．应力和内力的关系是什么？答：内力在一点处的集度称为应力。 129．应变和变形有什么不同？答：单位长度上的变形称为应变。单位纵向长度上的变形称纵向线应变，简称线应变，以ε表示。单位横向长度上的变形称横向线应变，以ε/表示横向应变。 130．什么是线应变？答：单位长度上的变形称纵向线应变，简称线应变，以ε表示。对于轴力为常量的等截面直杆，其纵向变形在杆内分布均匀，故线应变为 l l ?= ε 拉伸时ε为正，压缩时ε为负。线应变是无量纲（无单位）的量。 131．什么是横向应变？答：拉(压)杆产生纵向变形时，横向也产生变形。设杆件变形前的横向尺寸为a ，变形后为a 1，则横向变形为 a a a -=?1 横向应变ε/为 a a ?= / ε 杆件伸长时，横向减小，ε/为负值；杆件压缩时，横向增大，ε/为正值。因此，拉(压)杆的线应变ε与横向应变ε/的符号总是相反的。 132．什么是泊松比？

《工程力学》第5次作业(杆件的应力与强度计算).

《工程力学》第5次作业（杆件的应力与强度计算） 2009－2010学年第2学期3系、5系各班班级学号姓名成绩一、填空题 1．杆件轴向拉压可以作出平面假设：变形前为平面的横截面，变形后，由此可知，横截面上的内力是分布的。 2．低碳钢拉伸可以分成：阶段、阶段、阶段、阶段。 3．如果安全系数取得过大，许用应力就；需用的材料就；反之，安全系数取得太小，构件的就可能不够。 4．和是衡量材料塑性性能的两个重要指标。工程上通常把的材料称为塑性材料，的材料称为脆性材料。 5．在国际单位制中，应力的单位是帕，1帕= 牛/米2，工程上常以、、为应力的单位。 6．轴向拉伸和压缩强度条件的表达式是：，用该强度条件可解决的三类强度问题是：、、。 7．二根不同材料的等直杆，承受相同轴力，且它们的截面面积及长度都相等，则：（1）二根杆横截面上的应力；（2）二根杆的强度；（3）二根杆的绝对变形。（填相同或不相同） 8．在承受剪切的构件中，发生的截面，称为剪切面；构件在受剪切时，伴随着发生作用。 9．构件在剪切变形时的受力特点是；变形特点是。剪切变形常发生在零件上，如螺栓、键、销钉等。 10．剪切面在两相邻外力作用线之间，与外力。 11．圆轴扭转时，横截面上的切应力与半径，在同一半径的圆周上各点的切应力，同一半径上各点的切应力按规律分布，轴线上的切应力为，外圆周上各点切应力。 12．圆轴扭转时的平面假设指出：扭转变形后，横截面本身的形状、大小，相邻截面间的距离，各截面在变形前后都保持为，只是绕轴线，因此推出：横截面上只存在应力，而不存在应力。 13．梁在弯曲变形时，梁内梁在弯曲变形时，梁内有一层纵向纤维，叫做中性层，它与的交线称为中性轴。 14．一般情况下，直梁平面弯曲时，对于整个梁来说的正应力为零；对于梁的任意截面来说的正应力为零。二、选择题 1．以下关于图示AC杆的结论中，正确的是（）。 A．BC段有变形，没有位移；B．BC段没有变形，有位移； C．BC段没有变形，没有位移；D．BC段有变形，有位移。 2．经过抛光的低碳钢试件，在拉伸过程中表面会出现滑移线的阶段是（） A．弹性阶段；B．屈服阶段；C．强化阶段；D．颈缩阶段。 3．两个拉杆轴力相等、截面积相等但截面形状不同，杆件材料不同，则以下结论正确的是（）。

应力与强度计算

第三章应力与强度计算一.容提要本章介绍了杆件发生基本变形时的应力计算，材料的力学性能，以及基本变形的强度计算。 1．拉伸与压缩变形 1.1 拉（压）杆的应力 1.1.1拉（压）杆横截面上的正应力拉压杆件横截面上只有正应力σ，且为平均分布，其计算公式为 N F A σ= (3-1) 式中N F 为该横截面的轴力，A 为横截面面积。正负号规定拉应力为正，压应力为负。公式（3-1）的适用条件：（1）杆端外力的合力作用线与杆轴线重合，即只适于轴向拉（压）杆件；（2）适用于离杆件受力区域稍远处的横截面；（3）杆件上有孔洞或凹槽时，该处将产生局部应力集中现象，横截面上应力分布很不均匀；（4）截面连续变化的直杆，杆件两侧棱边的夹角0 20α≤时，可应用式（3-1）计算，所得结果的误差约为3%。 1.1.2拉（压）杆斜截面上的应力（如图3-1）图3-1 拉压杆件任意斜截面（a 图）上的应力为平均分布，其计算公式为全应力 cos p ασα= (3-2) 正应力 2 cos ασσα=（3-3）切应力1 sin 22 ατα= （3-4）式中σ为横截面上的应力。正负号规定： α 由横截面外法线转至斜截面的外法线，逆时针转向为正，反之为负。 ασ 拉应力为正，压应力为负。

α τ对脱离体一点产生顺时针力矩的 α τ为正，反之为负。两点结论：（1）当00 α=时，即横截面上， α σ达到最大值，即() max α σσ =。当α=0 90时，即纵截面上， α σ=0 90=0。（2）当0 45 α=时，即与杆轴成0 45的斜截面上， α τ达到最大值，即 max () 2 α α τ= 。 1．2 拉（压）杆的应变和胡克定律（1）变形及应变杆件受到轴向拉力时，轴向伸长，横向缩短；受到轴向压力时，轴向缩短，横向伸长。如图3-2。图3-2 轴向变形 1 l l l ?=- 轴向线应变 l l ε ? = 横向变形 1 b b b ?=- 横向线应变 b b ε ? '= 正负号规定伸长为正，缩短为负。（2）胡克定律当应力不超过材料的比例极限时，应力与应变成正比。即 E σε =（3-5）或用轴力及杆件的变形量表示为 N F l l EA ?=(3-6) 式中EA称为杆件的抗拉（压）刚度，是表征杆件抵抗拉压弹性变形能力的量。公式(3-6)的适用条件： (a)材料在线弹性围工作，即 p σσ?； (b)在计算l?时，l长度其N、E、A均应为常量。如杆件上各段不同，则应分段计算，求其代数和得总变形。即 1 n i i i i i N l l E A = ?=∑(3-7) (3)泊松比当应力不超过材料的比例极限时，横向应变与轴向应变之比的绝对值。即

强度计算和刚度计算

8 强度计算和刚度计算 8.1在图2.1所示的简易吊车中，BC 为钢杆，AB 为木杆。木杆AB 的横截面面积2 1100cm A =，许用应力[]MPa 71=σ；钢杆BC 的横截面面积2 26cm A =，许用应力[]MPa 1602=σ，试求许可吊重P 。图8-1 8.2图7.2所示的拉杆沿斜截面m-m 由两部分胶合而成。力。试问：为使杆件承受最大拉力N ，α角的值应为多少？若杆件横截面面积为2 4cm ，并规定 60≤α，试确定许可荷载P 。图8-2 8.3 一矩形截面梁，梁上作用均布荷载，已知：l=4m ，b=14cm ，h=21cm ，q=2kN/m ，弯曲时木材的容许应力 []kPa 4 101.1?=σ，试校核梁的强度。图8-3 8.4 图示矩形截面木梁，许用应力[σ]=10Mpa 。（1）试根据强度要求确定截面尺寸b 。（2）若在截面A 处钻一直径为d=60mm 的圆孔(不考虑应力集中)，试问是否安全。

图8-4 8.5欲从直径为d的圆木中截取一矩形截面梁，试从强度角度求出矩形截面最合理的高h和宽b。 8.6 图示外伸梁，承受荷载F作用。已知荷载F=20kN，许用应力[σ]=160Mpa，许用剪应力[τ]=90Mpa。请选择工字钢型号。图8-6 8.7一铸铁梁，其截面如图所示，已知许用压应力为许用拉应力的4倍，即[σc]=4[σt]。试从强度方面考虑，宽度b为何值最佳。图8-7 8.8 当荷载F直接作用在简支梁，AB的跨度中点时，梁内最大弯曲正应力超过许用应力30%。为了消除此种过载，配置一辅助梁CD，试求辅助梁的最小长度a。图8-8

有效应力强度指标与总应力强度指标之间的换算关系

有效应力强度指标与总应力强度指标之间的换算关系第23卷第2期重庆建筑大学学报Vol. 23 No. 2 文章编号:1006-7329(2001) 02-0022-04 有效应力强度指标与总应力强度指标之间的换算关系程相华 (铁道部第十四局二处, 山东泰安271000) 摘要:通过理论分析, 建立有效应力强度指标和总应力强度指标之间的换算关系, 并编制了两强度指标之间的实用换算系数表。关键词:有效应力; 总应力; 强度指标; 换算系数中图分类号:T U432文献标识码:A 由于勘察单位的常规试验报告不提供有效应力强度指标, 所以目前大部分开挖工程的设计, 都 cu 。但是在地下水位以下, 采用总应力强度指标c cu , h cu 进行土压力计算, 是采用总应力强度指标c cu 、h 往往造成较大的误差, 设计人员对工程的安全度难以把握。必要时, 需用有效应力强度指标c ′, h ′对水压力和土压力分别进行计算。既然最基本的土性指标c ′, h ′不被勘察单位的常规试验所提供, 那么就十分有必要从理论上加以推导两种指标之间的换算关系。 1 换算关系的理论基础土体在天然状态(见图1):有效自重应力为p 0′, 静止孔隙水压力u 0, 则图1 p 0′/S u 公式的推导收稿日期:2000-04-08 :() , 男, , , 。

e c 1=p 0′+u 0e c 2=K 0p 0′+u 0 在荷载作用下达到破坏时总应力增量Δe 1, Δe 3 e 1=e c 1+Δe 1=p 0′+u 0+Δe 1e 3=e c 3+Δe 3=K 0p 0′+u 0+Δe 3 Δe 1=e 1-p 0′-u 0Δe 3=e 3-K 0p 0′-u 0 3+1-Δ3) u =u 0+Δu Δu =Δe A (Δe e e 1′=e 1-u =p 0′+Δe 1-〔Δe 3+A (Δe 1+Δe 3) 〕=p 0′+(1-A ) (Δe 1-Δe 3) e 3′=e 3-u =p 0′-A (Δe 1-Δe 3) Δe 1-Δe 3=e 1-e 3-p 0′+K 0p 0′=2S u -p 0′(1-K 0) e 1′=p 0′+(1-A ) 〔2S u -p 0′(1-K 0) 〕e 3′=K 0p 0′-A 〔2S u -p 0′(1-K 0) 〕 S u = 13 =bb ′=(0b +c ′ctg h ′) sin h ′=0b sin h ′+c ′cos h ′=2 (1) (e 1′+e 3′) sin h ′+c ′cos h ′2 将 (1) 式代入得: S u =p 0′sin h 〔K 0+A (1-K 0) 〕+(1-2A ) S u sin h ′+c ′cos h ′ 对于正常固结的粘土, c ′=0, 因而得 0=S u 〔K 0+A (1-K 0) 〕sin h ′以强度路径的观点(见图2) (2) 图2 c cu =0时的极限应力圆图3 c cu ≠0时的极限应力圆 11u ===+1-S u S u S u S u S u 1-e 3) =2A S u u =A (e e 1′=S u S u +1-2A

应力与强度计算

第三章应力与强度计算一.内容提要本章介绍了杆件发生基本变形时的应力计算，材料的力学性能，以及基本变形的强度计算。 1 ?拉伸与压缩变形 1.1拉（压）杆的应力 1.1.1拉（压）杆横截面上的正应力拉压杆件横截面上只有正应力 ■:「，且为平均分布，其计算公式为 (3-1) 式中F N 为该横截面的轴力， A 为横截面面积。正负号规定拉应力为正，压应力为负。公式（3-1 ）的适用条件：（1）杆端外力的合力作用线与杆轴线重合，即只适于轴向拉（压）杆件；（2）适用于离杆件受力区域稍远处的横截面；（3）杆件上有孔洞或凹槽时，该处将产生局部应力集中现象，横截面上应力分布很不均匀；（4）截面连续变化的直杆，杆件两侧棱边的夹角 :.<20°时，可应用式（3-1）计算, 所得结果的误差约为 3%。 1.1.2拉（压）杆斜截面上的应力（如图 3-1）式中二为横截面上的应力。正负号规定： :-由横截面外法线转至斜截面的外法线，逆时针转向为正，反之为负。 -:.拉应力为正，压应力为负。全应力 p . - cos : (3-2) 正应力 2 ；「. - ■：." cos 二 (3-3) 切应力 1 sin 2 二 (3-4) 拉压杆件任意斜截面（ a 图）上的应力为平均分布，其计算公式为图3-1

对脱离体内一点产生顺时针力矩的为正，反之为负。两点结论： (1)当口=0°时，即横截面上，%达到最大值，即(CT ^h ax =CT。当a = 90 0时，即纵截面上，：_- . = 90 ° =0。 (2)当，..=45°时，即与杆轴成45°的斜截面上，…达到最大值，即(….)max三。 1.2拉(压)杆的应变和胡克定律 (1)变形及应变杆件受到轴向拉力时，轴向伸长，横向缩短；受到轴向压力时，轴向缩短，横向伸长。如图3-2。 RilT——————— 1 J ] ｛匚- _ _____ _ ■ -r* 一 -」丄一-T I 图3-2 轴向变形轴向线应变 .'■■: l = l ■ J z =一 l -l 横向变形L b = b _b 横向线应变 b 正负号规定伸长为正，缩短为负 (2)胡克定律当应力不超过材料的比例极限时，应力与应变成正比。即 - E ; ( 3-5) 或用轴力及杆件的变形量表示为 .M =F N^(3-6) EA 式中EA称为杆件的抗拉(压)刚度，是表征杆件抵抗拉压弹性变形能力的量。公式(3-6)的适用条件： (a)材料在线弹性范围内工作，即; (b)在计算时，I长度内其N、E、A均应为常量。如杆件上各段不同，则应分段计算，求其代数和得总变形。即 n NJ i ‘I 亠(3-7) i ± E i A i (3)泊松比当应力不超过材料的比例极限时，横向应变与轴向应变之比的绝对值。即

应力与强度计算

第三章应力与强度计算一.内容提要本章介绍了杆件发生基本变形时的应力计算，材料的力学性能，以及基本变形的强度计算。 1．拉伸与压缩变形 1.1 拉（压）杆的应力 1.1.1拉（压）杆横截面上的正应力拉压杆件横截面上只有正应力σ，且为平均分布，其计算公式为 N F A σ= (3-1) 式中N F 为该横截面的轴力，A 为横截面面积。正负号规定拉应力为正，压应力为负。公式（3-1）的适用条件：（1）杆端外力的合力作用线与杆轴线重合，即只适于轴向拉（压）杆件；（2）适用于离杆件受力区域稍远处的横截面；（3）杆件上有孔洞或凹槽时，该处将产生局部应力集中现象，横截面上应力分布很不均匀；（4）截面连续变化的直杆，杆件两侧棱边的夹角0 20α≤时，可应用式（3-1）计算，所得结果的误差约为3%。 1.1.2拉（压）杆斜截面上的应力（如图3-1）图3-1 拉压杆件任意斜截面（a 图）上的应力为平均分布，其计算公式为全应力 cos p ασα= (3-2) 正应力 2 cos ασσα=（3-3）切应力1 sin 22 ατα= （3-4）

式中σ为横截面上的应力。正负号规定： α 由横截面外法线转至斜截面的外法线，逆时针转向为正，反之为负。 ασ 拉应力为正，压应力为负。 ατ 对脱离体内一点产生顺时针力矩的ατ为正，反之为负。两点结论：（1）当0 0α=时，即横截面上，ασ达到最大值，即()max ασσ=。当α=0 90时，即纵截面上，ασ=0 90=0。（2）当0 45α=时，即与杆轴成0 45的斜截面上，ατ达到最大值，即max ()2αατ= 。 1．2 拉（压）杆的应变和胡克定律（1）变形及应变杆件受到轴向拉力时，轴向伸长，横向缩短；受到轴向压力时，轴向缩短，横向伸长。如图3-2。图3-2 轴向变形 1l l l ?=- 轴向线应变 l l ε?= 横向变形 1b b b ?=- 横向线应变 b b ε?'= 正负号规定伸长为正，缩短为负。（2）胡克定律当应力不超过材料的比例极限时，应力与应变成正比。即 E σε= （3-5）或用轴力及杆件的变形量表示为 N F l l EA ?= (3-6) 式中EA 称为杆件的抗拉（压）刚度，是表征杆件抵抗拉压弹性变形能力的量。公式(3-6)的适用条件： (a)材料在线弹性范围内工作，即p σσ?； (b)在计算l ?时，l 长度内其N 、E 、A 均应为常量。如杆件上各段不同，则应分段计算，求其代数和得总变形。即