材料力学(I)第五章ppt课件
材料力学课件第5章

M
zM
x
等截面梁
y
注意 当梁为变截面梁时, max 并不一定
发生在|M|max 所在面上.
22
5.3 横力弯曲时梁横截面上的正应力 弯曲正应力强度条件
h
常用图y形Wz
c b
Wz =Iz /ymax
z
Wz
Iz h
bh3 2 12 h
bh2 6
2
h2
h1
y
c
z
Wz
Iz h1
1 ( b1h13 h1 6
z
于是
M
E
Iz
M
得
1 M
EIz
y
x
代入
E
y得
My
Iz
15
5.2 纯弯曲时梁横截面上的正应力
常用图形y、Iz
h
y
1.矩形
dy
c
y z
Iz
Ay2 d A
h 2
y2b d y bh3
h 2
12
b
y
同理:
Iy
hb3 12
z
Iz
b1h13 12
b2h23 12
c
b2 b1
同理: I y
h1b13 12
y
12 rp
mn
x2
x
x1
12
dx
'=
x2 FN1
FN2
'=
38
5.4 横力弯曲时梁横截面上的切应力 弯曲切应力强度条件
F
Fx 0
FN 2 FN1 dx b
x1
y
12 rp mn
x2
x
12
dx
孙训方第五版材料力学(I)第五章

五邑大学土木建筑系:材料力学
第五章 梁弯曲时的位移
(a)
(b)
直梁弯曲时的挠度和转角这两个位移不但与梁的弯曲 变形程度(挠曲线曲率的大小)有关,也与支座约束的条件 有关。图a和图b所示两根梁,如果它们的材料和尺寸相同,
所受的外力偶之矩Me也相等,显然它们的变形程度(也就
是挠曲线的曲率大小)相同,但两根梁相应截面的挠度和 转角则明显不同。
q w
q l 3 6lx2 4 x 3 24 EI
qx 3 l 2lx2 x 3 挠曲线方程 w 24 EI
23
五邑大学土木建筑系:材料力学
第五章 梁弯曲时的位移
根据对称性可知,两支座处的转角qA及qB的绝对值相
等,且均为最大值,故
q max
ql 3 q A qB 24 EI
以x为自变量进行积分得 x2 EIw F lx C1 2
lx 2 x 3 EIw F 2 6 C1 x C2
该梁的边界条件为:在 x=0 处 w 0,w =0
于是得
15
C1 0,C2 0
五邑大学土木建筑系:材料力学
§5-1 梁的位移——挠度和转角
直梁在对称平面xy内弯曲时其原来的轴线AB将弯曲成 平面曲线AC1B。梁的横截面形心(即轴线AB上的点)在垂直 于x轴方向的线位移w称为挠度(deflection),横截面对其原 来位置的角位移q 称为横截面的转角(angle of rotation)。
2
五邑大学土木建筑系:材料力学
挠曲线近似微分方程
b EIw1 M 1 x F x l 积分得
材料力学第五章

M O0:M dM d( x x() x )d M FQ ( (x x) - ) M M ( x 2) - M F 1 Q ( x x x ) 1 2 d F x Q - (1 2 x q )d ( x x) d x 2 0
d2d M x(2x)dF d Q x (x)q(x)
精品PPT
§5-5 剪力、弯矩和分布载荷集度间的微分关系
M图 Mmax位置
q>0 q q<0
M">0 M"<0
FQ=0
CF
+ _
FC
FQ>0 FQ<0
FQ变号处
Me C
C
Me C
紧靠C的 某一侧面
精品PPT
§5-5 剪力、弯矩和分布载荷集度间的微分关系 三、利用微分关系作剪力弯矩图
1.用微分关系判断分段点间FQ、M图形态; 2.用计算法则(或积分关系)计算分段点FQ、M值; 3.分段点间连线;
一、梁的载荷(zài hè)及支座反力
1.载荷(zà集i h中è载):荷(集中力、集中力偶), 分布载荷(均布载荷、分布载荷)。
名称
图示法
符号(单位)
(a)集中力 (b)分布载荷
F1 Fy2 F2 Fx2
q(x)
x
F(N)
x q(x)(N/m)
(c)均布载荷
q x q(N/m)
(d)集中力偶
Me Me
(向上的横向力、截面左侧顺时针力矩和截面右侧逆 时针力矩对该截面产生正的弯矩)
精品PPT
§5-3 剪力与弯矩
三、弯曲(wānqū)内力的计算法则
*3.判断外力产生(chǎnshēng)剪力、弯矩正负的
图例:
第5章 材料力学基本知识 课件

平面面任意力力系向平面面内任一一点简化可以得到一一个力力和 一一个力力偶,最终简化为一一个合力力。
基本形式
平 面面 任 意 力力 二二矩式 系 平 衡 方方 程 三矩式
A、B、C不共线
第5章 材料力力学基本知识
5.1 材料力力学概述 5.2 外力力、内力力、截面面法和应力力的概念 5.3 变形和应变
5.2外力力、内力力、截面面法和应力力的概念
1.外力力和内力力
外力力
其他物体作用用在研究对象上的作用用力力统称为外力力, 如支支座反力力、荷载等
内力力
物体在外力力作用用下,内部各质点的相对位置将发生生 改变,其质点的相互作用用力力也会发生生改变。这种由于 物体受到外力力作用用而而引起的内力力的改变量,称为“附加 内力力”,简称为内力力。
荷载未作用用时
荷载作用用下
③ 具有足足够的稳定性——某些细⻓长杆 F
件(或薄壁构件)在轴向压力力达到 一一定的数值时,会失去原来的平衡 状态而而丧失工工作能力力,这种现象称 为失稳。
所谓稳定性,是指构件维持原有平衡状 态的能力力。
材料力力学的研究任务:在保证构件满
足足强度、刚度和稳定性要求的前提下,以 最经济的代价为构件选择适合的材料,确 定合量的截面面形状及尺寸寸,提供必要的理 论基础、计算方方法和实验方方法。
综上所述
材料力力学研究的是连续均匀的、各向同性 的理想弹性体,且限于小小变形范围内。
2.材料力力学的任务
各种工工程结构都是由若干个构件组成的,这些构件 工工作时都要承受力力的作用用。为确保构件在规定的工工作 条件和使用用寿命期间能正常工工作,须满足足以下要求:
① 具有足足够的强度——构件在外力力作用用下不发生生
材料力学-第五章

第九单元(2)第五章弯曲应力§5-2 引言以弯曲为主要变形的构件称为梁,如房屋的梁与火车的轮轴。
本章主要研究外力作用在同一平面,变形也在同一平面的梁。
实际上,这也是最常见的情况。
三种静定梁固定铰简支梁可动铰(链杆)固定端悬臂梁集中载荷分布载荷集中力偶外伸梁§5-2 剪应弯矩方程与剪应力弯矩图一、剪力与弯矩研究梁的内力,仍使用截面法,由取出段的平衡,可知除了存在剪力,还存在弯矩。
Q,M“+”符号:使保留段顺时针转使保留段内凹Q,M“-”符号:二、剪力弯矩方程与剪力弯矩图剪力、弯矩与坐标X间的解析关系式,即()()Q Q x M M x==称为剪力方程与弯矩方程。
表示剪力与弯矩沿梁轴变化的另一重要方法为图示法,图示曲线称为剪力、弯矩图。
例1:1.求支反力M R P B A ==-∑04 M R P A B ==∑054 M y =∑0校核(为保证正确, 要求校核) 2.建立Q ,M 方程(截面法) AB 段:()Q R P x a A 11404==-<< ()M R x Px x a A 11111404==-≤≤ BC 段:()Q P x a 220=<<()M Px x a 2220=-≤≤也可以只建一个坐标系,BC 段:()Q Pa x a 2145=<< ()()M P a x a x a 211545=--≤≤3.画图Q 图 M 图例2:(分布截荷,注意力系简化条件)1.支反力 R qa R qa A B ==43832. Q ,M 方程 AB :()Q R qx qa qx x a A 11114303=-=-<<()M R x qx qax qx x a A 1112112112431203=-=-≤≤ BC :()Q qx x a 2220=≤<()M qx x a 2222120=-≤≤3.画Q ,M 图第10单元刚架:由刚性接头连接杆件所组成的结构。
材料力学第五章

y
= ∫ y dA
2 A
1 1 π ⋅ d4 π ⋅ d4 I y = Iz = I ρ = ⋅ = z 2 2 32 64
1 π ⋅ (D4 − d 4 ) 对空心圆截面: 对空心圆截面: I = I = I = y z ρ 2 64
第五章 弯曲应力
§5-2 对称弯曲正应力 对称弯曲正应力
M⋅ y 二、弯曲正应力一般公式: 弯曲正应力一般公式: σ= Iz
Ip
弯曲 剪力Q 剪力
?
第五章 弯曲应力
§5-1 引言 y
梁段
M τ Q
z
σ
横截面上剪应力 横截面上正应力
横截面上内力
Q = ∫τdA
剪应力造成剪力
M = ∫σydA
正应力造成弯矩
剪应力和正应力的分布规律是什么? 剪应力和正应力的分布规律是什么?
超静定问题
第五章 弯曲应力
§5-1 引言
§5-2 对称弯曲正应力 对称弯曲正应力 §5-3 对称弯曲切应力 对称弯曲切应力 弯曲 §5-4 梁的强度条件与合理强度设计 梁的强度条件与合理强度设计 §5-5 双对称截面梁的非对称弯曲 双对称截面梁的非对称弯曲 §5-6 弯拉(压)组合 弯拉( 对称弯曲(平面弯曲): 对称弯曲(平面弯曲): 外力作用在纵向对称面内, 外力作用在纵向对称面内,梁轴线变形 后为一平面曲线,也在此纵向对称面内。 后为一平面曲线,也在此纵向对称面内。
(3)
Mz = ∫ σ ⋅ y ⋅ dA = M (5) A E 2 E 2 E (5) M z = ∫ ρ y dA = ∫ y dA = ρ I z = M
A
ρ
A
1 M = ρ EIz
第五章 弯曲应力
第五章 材料力学基本概念PPT课件

作用在弹性体上的外力相互平衡。
F2
Fn
假想截面
F1
F3
截开之后内力与外力平衡。
F2
分布内力
Fn
空间一般力系平衡方程
F1
My
Fy
Mx FX
F2
X 0
Y
0
Z
0
Mz Fz
M M
x y
0 0
M
z
0
所有力在X轴、Y轴、Z轴上的投影代数和等于零。 所有力对X轴、Y轴、Z轴之力矩代数和等于零。
物体受外力作用而变形,内部各部分之间因相对位置改变而 引起的相互作用,称为附加内力,简称内力。它随外力的变 化而变化。
求内力的方法:截面法
1)分二留一
假想地沿求内力的截面将构件分为两部分,取其中一部分为研究对象。
P2
P4
P1
m
I
II
m
P3
P5
P2 m
P1 I
P3
m
2)内力代替
在保留部分的截面上加上内力,以代替丢弃部分对保留部分的作用,连续分 布内力系可向截面形心简化。
限值称为C点的全应力。
lim PC
A0
FN A
dFN dA反映内力系在Fra bibliotek点的强弱程度。
3、一点的正应力、切应力 pC τ
σ
c
正应力:垂直于截面的分量。
切应力:切于截面的分量。
故:应力是指一点的应力,而某一点的应力有两个分量分 别是σ和τ。 σ与截面垂直,τ与截面相切。
4、应力单位
国际单位制:N m2 1Pa 工程单位制:kgf m2
外力
二、内力
在没有外力作用的情况下,其内部各质点之间均处于平衡状态, 如物体内部原子与原子之间或者分子与分子之间既有吸引力又 有排斥力,两种力是一种平衡力;这种平衡力能够使各质点之 间保持一定的相对位置,从而使物体维持一定的几何形状,由 此可见,一个完全不受外力作用的物体也是具有内力的。
材料力学第五章课件

of
the
components
3
will
5.2 低碳钢拉伸应力—应变曲线
常用拉伸试样(圆截面): Specimen
F
标距长度: l =10d 或5d
施加拉伸载荷F,记录 F—Dl曲线;
d l
或(=F/A)—(=Dl /l )曲线。
低碳钢拉伸应力—应变曲线:
弹性 屈服 强化 颈缩
Low四car个bo阶n st段eel :stress
延性指标: 延伸率 和/或 面缩率。
Indicator of elongation
10
5.3 不同材料拉伸压缩时的机械性能
1) 不同材料的拉伸—曲线
(MPa) 16Mn
500
(MPa)
500
Cast iron
灰铸铁
(MPa) Alloy of aluminum
500
铝合金
A3钢 200 (Q235)
1
5
“材料的力学性能 实验室”
电子拉力试验机
The mechanical properties 6
of materials Laboratory
由-曲线定义若干重要的
材料性能和指标 :
b
Proportional limit
比例极限 p: =E
ys
y
ep
e p
s
k
-关系是线性、弹性的。
E
1
弹性模量 (Elastic Modulus)
弹性应变和塑性应变
b
ys
屈服后卸载,卸载线斜率为E。
Ab Bs
残余的塑性应变为p;恢复的弹 性应变为e,则有:
E
1
o p e
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10
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
当全梁各横截面上的弯矩 可用一个弯矩方程表示时(例如 图中所示情况)有
Ew I M xdxC 1
E I M w x d x d x C 1 x C 2
以上两式中的积分常数C1, C2由边界条件确定后即可得出梁 的转角方程和挠曲线方程。
13
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
例题5-1 试求图示等直梁的挠曲线方程和转角方程,
并确定其最大挠度wmax和最大转角qmax。
14
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
解:该梁的弯矩方程为
M x F lx
挠曲线近似微分方程为
E w I M x F l x
以x为自变量进行积分得
EIw
Flxx22
C1
EIw Fl2x2 x63C1xC2 该梁的边界条件为:在 x=0 处 w0,w =0
于是得
15
C10, C20
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
从而有 转角方程 q wFxlFx2
EI 2EI
挠曲线方程 w Fx2l Fx3 2EI 6EI
根据该梁边界条件和全梁横截面上弯矩均为负值, 以及挠曲线应光滑连续描出了挠曲线的示意图。
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
§5-1 梁的位移——挠度和转角 §5-2 梁的挠曲线近似微分方程及其积分 §5-3 按叠加原理计算梁的挠度和转角 *§5-4 梁挠曲线的初参数方程 §5-5 梁的刚度校核·提高梁的刚度的措施 §5-6 梁内的弯曲应变能
1
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
16
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
可见该梁的qmax和wmax均在x=l的自由端处。于是有
qma x q|xlF E2l I2 F E 2l I2 F E 2lI
w maxw|xl2 F E 3l I6 F E 3l I3 F E 3l I
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材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
11
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
边界条件(这里也就是支座处的约束条件)的示例如 下图所示。
12
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
若由于梁上的荷载不连续等原因使得梁的弯矩方程 需分段写出时,各段梁的挠曲线近似微分方程也就不同。 而对各段梁的近似微分方程积分时,都将出现两个积分 常数。要确定这些积分常数,除利用支座处的约束条件 (constraint condition)外,还需利用相邻两段梁在交界处 的连续条件(continuity condition)。这两类条件统称为边 界条件。
这也就是位于中性层内的挠曲线的曲率的表达式。
6
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
在横力弯曲下,梁的横截面上除弯矩M=M(x)外,还 有剪力FS=FS(x),剪力产生的剪切变形对梁的变形也会产 生影响。但工程上常用的梁其跨长l 往往大于横截面高度h 的10倍,此时剪力FS对梁的变形的影响可略去不计,而有
3
Байду номын сангаас
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
(a)
(b)
直梁弯曲时的挠度和转角这两个位移不但与梁的弯曲 变形程度(挠曲线曲率的大小)有关,也与支座约束的条件 有关。图a和图b所示两根梁,如果它们的材料和尺寸相同, 所受的外力偶之矩Me也相等,显然它们的变形程度(也就 是挠曲线的曲率大小)相同,但两根梁相应截面的挠度和 转角则明显不同。
1
w
x1w2 3/2
式中,等号右边有正负号是因为曲率1/为度量平面曲线 (挠曲线)弯曲变形程度的非负值的量,而w"是q = w' 沿x方
向的变化率,是有正负的。
8
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
再注意到在图示坐标系中,负弯矩对应于正值w" ,正弯矩对
应于负值的w" ,故从上列两式应有
w
第五章 梁弯曲时的位移
弯曲后梁的轴线——挠曲线(deflection curve)为一平 坦而光滑的曲线,它可以表达为w=f(x),此式称为挠曲线 方程。由于梁变形后的横截面仍与挠曲线保持垂直,故
横截面的转角q 也就是挠曲线在该相应点的切线与x轴之
间的夹角,从而有转角方程:
q ta q n w fx
由此题可见,当以x为自变量对挠曲线近似微分方程 进行积分时,所得转角方程和挠曲线方程中的积分常数 是有其几何意义的:
q C 1Ew I|x0E0 I
C2EI|xw 0EI0w 此例题所示的悬臂梁,q0=0,w0=0, 因而也有C1=0 ,C2=0。
18
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
事实上,当以x为自变量时
4
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
在图示坐标系中,挠度w向下为正,向上为负;
顺时针转向的转角q为正,逆时针转向的转角q为负。
5
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
§5-2 梁的挠曲线近似微分方程及其积分
Ⅰ. 挠曲线近似微分方程的导出 在§4-4中曾得到等直梁在线弹性范围内纯弯曲情况
下中性层的曲率为 1M EI
1w2
3/2
Mx
EI
由于梁的挠曲线为一平坦的曲线,上式中的w2与1相比可略
去,于是得挠曲线近似微分方程 wMx
EI
9
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
Ⅱ. 挠曲线近似微分方程的积分及边界条件
w Mx
EI 求等直梁的挠曲线方程时可将上式改写为
Ew IM x
后进行积分,再利用边界条件(boundary condition)确定积分 常数。
Ew I M xdxC 1 E I[ w [ M x d x ] d x C 1 x C 2
§5-1 梁的位移——挠度和转角
直梁在对称平面xy内弯曲时其原来的轴线AB将弯曲成 平面曲线AC1B。梁的横截面形心(即轴线AB上的点)在垂直 于x轴方向的线位移w称为挠度(deflection),横截面对其原
来位置的角位移q 称为横截面的转角(angle of rotation)。
2
材料力学Ⅰ电子教案
x1xM ExI
注意:对于有些l/h>10的梁,例如工字形截面等直梁,如同 在核电站中会遇到的那样,梁的翼缘由不锈钢制作,而主 要承受剪力的腹板则由价廉但切变模量较小的复合材料制 作,此时剪切变形对梁的变形的影响是不可忽略的。
7
材料力学Ⅰ电子教案
第五章 梁弯曲时的位移
从几何方面来看,平面曲线的曲率可写作