材料力学 第五章
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
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：
《材料力学》第五章
按集中力P和自重 共同作用时校核。 和自重q共同作用时校核 (2) 按集中力 和自重 共同作用时校核。 a.内力分析，画内力图，确定危险截面； a.内力分析，画内力图，确定危险截面； 内力分析 q单独作用时，
1 2 1 M q＝ ql ＝ × 801 × 9.52＝9.04(kNm ) 8 8
危险截面在中间截面
W z=
Iz =
πd 4
64
πd 3
32
对于各种型钢，其惯性矩和抗弯模量可查型钢表
例5.1 螺栓压板夹紧装置如图5.5a所示。已知板长3a=150mm， 压板材料的弯曲许用应力[σ]=140MPa。试计算压板传给工件的最 大允许压紧力F。 解：(1)外力分析，画力学简图； 外力分析，画力学简图； 外力分析 (2)内力分析，画内力图，确定危险截面； 内力分析，画内力图，确定危险截面； 内力分析 M max = M B = Fa 截面B (3)根据强度条件，进行计算。 根据强度条件，进行计算。 根据强度条件 根据强度条件
FRA = 2.5kN , FRB = 10.5kN ,
(2)内力分析，画内力图，确定危险截面； 内力分析，画内力图，确定危险截面； 内力分析 最大正弯矩在截面C上，
mC = 2.5kNm
最大负弯矩在截面B上， mB = −4kNm (3)求σmax，根据强度条件，进行校核。 求 根据强度条件，进行校核。 截面B:
σ max
161.5 × 106 = ＝135.7(MPa ) 1190 × 103
考虑自重与不考虑自重梁内应力相差(143.3-135.7)／143.3×100％ =5.3％。因此，计算应力时一般可忽略杆自重的影响。
例5.3 T形截面铸铁梁。已知 [σt]=30MPa， [σc]=160MPa。 Iz=763 cm4，y1 = 52mm 。试校核梁的强度。 外力分析， 解：(1)外力分析，求支座反力 外力分析 求支座反力;
材料力学第五章
C
x
边界条件
ω =0 B x=a+L ω =0 C
x=a
连续条件
y
x=a
ω 1 =ω 2 B B
θB1 =θB2
例题 5.5
用积分法求图示各梁挠曲线方程时,试问下列各梁 的挠曲线近似微分方程应分几段;将分别出现几个积 分常数,并写出其确定积分常数的边界条件
挠曲线方程应分两段AB,BC. 共有四个积分常数
例题 5.10
多跨静定梁如图示，试求力作用点E处的挠度ωE.
F b E zω =− x3 +Cx+D I 1 1 1 6 L D =00 =0 x=L ω L =0 ( ) 1 ω ) (
F b b Eω′=− ( xx2 +C x Izθ =− ) =−F 1 ′1 ML Ez 1 I 1 2 L
(
)
(
)
(
)
例题 5.3
求图示简支梁在集中荷载F的作用下（F力在右半跨）的最大挠度。
A
两根梁由中间铰连接，挠曲线在 中间铰处，挠度连续，但转角不 连续。
ω =ω 1 2
θ ≠θ2 1
例题 5.5
用积分法求图示各梁挠曲线方程时,试问下列各梁 的挠曲线近似微分方程应分几段;将分别出现几个积 分常数,并写出其确定积分常数的边界条件
挠曲线方程应分两段AB,BC.
F A
a
q
B
EIz
L
共有四个积分常数
挠曲线方程应分两段AB,BC.
M e
共有四个积分常数 x 边界条件
A
EI z
a
B
C
L
x=0
ω =0 A
y 连续条件
θA =0 x=a+L ω =0 C
材料力学 第五章
t min t max
结论： 翼缘部分tmax« 腹板上的tmax，只计算腹板上的tmax。
铅垂剪应力主要腹板承受（95~97%），且tmax≈ tmin Q 故工字钢最大剪应力 tmax ; Af
②圆截面：
t max
4Q 4 t 3 A 3
Q 2 2t A
③ 薄壁圆环：
t max
M
qL2 8
+ M1 Mmax x
五、梁的正应力强度条件 1、危险面与危险点分析： 一般截面，最大正应力发生在弯矩绝对值最大的截面的上下 边缘上。
s
2、正应力强度条件：
M
s
s
s max
M max s Wz
17
3、强度条件应用：依此强度准则可进行三种强度计算： 校核强度： 、校核强度：
q=3.6kN/m
例３ 矩形(bh=0.12m0.18m）截 B 面木梁如图，[s]=7MPa，[t]=0. 9 M Pa，试求最大正应力和最大剪应 力之比,并校核梁的强度。 – 解：画内力图求危面内力
qL 2
A
Q +
L=3m
qL 2
x
M
qL 8
+
2
Qmax
M max
qL 3600 3 5400 N 2 2
y M ( x) dx
矩中性轴等距离处，剪应力
相等。 2、研究方法：分离体平衡。 在梁上取微段如图b； 在微段上取一块如图c，平衡
M(x)+d M(x)
z
t1 s
t
y
x
s1
图c
X N
2
N1 t1b(dx) 0
M N1 sdA A Iz
材料力学第五章 弯曲应力分析
B
D
1m
1m
1m
y2
20
120
FRA
F1=9kN FRB F2=4kN
A C
BD
1m
1m
1m
2.5 Fs
+
+
4 kN
-
6.5 2.5
M
kNm
-
+
4
解： FRA 2.5kN FRB 10.5kN
88
52
-
+
C 2.5
4 B 80
z
20
120
20
B截面
σ t max
M B y1 Iz
4 • 52 763
20
+
-
+
10
Fs
kN
10
20
30
30
25
25
M
kNm
max
M max W
[ ]
W Mmax 30 187.5cm3
[ ] 160
1)圆 W d 3 187.5
32
d 12.4cm
A d 2 121cm2
4
2）正方形
a3 W 187.5
6
3）矩形
a 10.4cm
A a2 108cm2
压，只受单向拉压. （c）同一层纤维的变形相同。 （d）不同层纤维的变形不相同。
推论：必有一层变形前后长度不变的纤维—中性层
中性轴
中性轴⊥横截面对称轴
中性层
横截面对称轴
二、变形几何关系
dx
dx
图（a）
O
O
zb
O yx b
y
图（b）
《材料力学》 第五章 弯曲内力与弯曲应力
第五章 弯曲内力与应力 §5—1 工程实例、基本概念一、实例工厂厂房的天车大梁，火车的轮轴，楼房的横梁，阳台的挑梁等。
二、弯曲的概念：受力特点——作用于杆件上的外力都垂直于杆的轴线。
变形特点——杆轴线由直线变为一条平面的曲线。
三、梁的概念：主要产生弯曲变形的杆。
四、平面弯曲的概念：受力特点——作用于杆件上的外力都垂直于杆的轴线，且都在梁的纵向对称平面内（通过或平行形心主轴且过弯曲中心）。
变形特点——杆的轴线在梁的纵向对称面内由直线变为一条平面曲线。
五、弯曲的分类：1、按杆的形状分——直杆的弯曲；曲杆的弯曲。
2、按杆的长短分——细长杆的弯曲；短粗杆的弯曲。
3、按杆的横截面有无对称轴分——有对称轴的弯曲；无对称轴的弯曲。
4、按杆的变形分——平面弯曲；斜弯曲；弹性弯曲；塑性弯曲。
5、按杆的横截面上的应力分——纯弯曲；横力弯曲。
六、梁、荷载及支座的简化（一）、简化的原则：便于计算，且符合实际要求。
（二）、梁的简化：以梁的轴线代替梁本身。
（三）、荷载的简化：1、集中力——荷载作用的范围与整个杆的长度相比非常小时。
2、分布力——荷载作用的范围与整个杆的长度相比不很小时。
3、集中力偶（分布力偶）——作用于杆的纵向对称面内的力偶。
（四）、支座的简化：1、固定端——有三个约束反力。
2、固定铰支座——有二个约束反力。
3、可动铰支座——有一个约束反力。
（五）、梁的三种基本形式：1、悬臂梁：2、简支梁：3、外伸梁：（L 称为梁的跨长） （六）、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。
§5—2 弯曲内力与内力图一、内力的确定（截面法）：[举例]已知：如图，F ，a ，l 。
求：距A 端x 处截面上内力。
解：①求外力la l F Y l FaF m F X AYBY A AX)(F, 0 , 00 , 0-=∴==∴==∴=∑∑∑ F AX =0 以后可省略不求 ②求内力xF M m l a l F F F Y AY C AY s ⋅=∴=-==∴=∑∑ , 0)( , 0∴ 弯曲构件内力：剪力和弯矩1. 弯矩：M ；构件受弯时，横截面上存在垂直于截面的内力偶矩。
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。
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三、确定梁的内力的简化方法 可以总结出梁的内力与外力一般关系，得到确定
梁内力的简化方法如下：
(1) 梁截面上剪力在数值上等于该截面以左（或以右）所
有外力在正交于梁轴方向上投影的代数和，截面以左向上
（或以右向下）的外力在该截面上引起正剪力，反之引起 负剪力。 (2) 梁截面上弯矩在数值上等于该截面以左（或以右）所 有外力对截面形心力矩的代数和，向上的外力在该截面上 引起正弯矩，反之引起负弯矩。
0 x l
M0 M x x
M x
AC 段： CB 段：
0 x a
a x l
M x FAV x
M x FAV x M 0
l
M0 l x l
例5.5 图示简支梁在C点受矩为M的集中力偶作用。试作梁的 剪力图和弯矩图。 m
简支梁
外伸梁 （伸臂梁）
悬臂梁
5.1.2 梁的计算简图
常见的荷载：
集中力 分布荷载 集中力偶
F
q
q( x)
m
5-2 梁的内力 剪力和弯矩
一、弯曲内力的确定（截面法）：
根据截面法，图中梁上距A端 x A a FAY A FAY l FQ C M m m FBY F B
x 处m-m截面上内力求解：
A
FAV
a
b
C
B
FBV
l
m l
解: (3)画内力图
FQ
mb l ma l
M
5.4 内力与分布荷载间的关系 及应用
5.4.1 剪力、弯矩与分布荷载集度间的关系
在梁中取出一长度为 dx 的微段， 其受力情况分析如下： 荷载：q(x) 左截面上的内力（对于微段已 是外力）：M(x), FQ(x) 右截面上的内力（对于微段已 是外力）：M(x)+dM(x), M ( x)
例5.5 图示简支梁在C点受矩为M的集中力偶作用。试作梁的 剪力图和弯矩图。 M
A
FAV
a
0
b
C
B
FBV
l
FAV M0 l
解: (1)求支反力
M B 0
剪力方程无需分段： 弯矩方程——两段：
FB
M0 l
(2) 列剪力方程和弯矩方程
Q x FAV M0 l
FQ FAV
F (l a ) l
F (l a ) x l
FBY
M FAV x
一、弯曲内力的确定（截面法）：
梁横截面的内力： 1. 弯矩：M 梁受弯时，在与横截面垂直 的竖向平面内所存在的内力偶矩 （弯矩）。 2. 剪力： FQ 梁受弯时，横截面上所存在 平行于截面的内力（剪力）。 M C FBY A a FAV l x m m FBV F F B
弯矩图上某点处的切线斜率等 于该点处剪力的大小。
5.4.2. 几种常见荷载下梁的剪力图与弯矩图的特征
无外力段 外 力 均布载荷段 集中力 集中力偶
q=0
FQ 图 特 征 + x FQ > 0
－
F q>0
斜直线
Me C C
无变化
q<0
水平直线
自左向右突变
x －
+
x
+
C
－
x
C
FQ <0 曲线 在C截面有折角 在C截面有突变
FA
6
+ 1 FQ (kN)
FB
－
4
FQ33 FB 4kN
根据微分关系可作出剪 力图
例5.6 求作梁的内力图。 解：
3、作弯矩图 由微分关系可知，AC、CD、FB段 分别为斜直线，DF段为抛物线
MA 0
MB 0
FP=2kN
1
2
q=2.5kN/m
3
A
C 2D 1
1m 1m
1m
E
解：(1)求支反力
(2)列剪力方程和弯矩方程 ——需分两段列出
AC段 0 x a
Fb FQ x l
CB 段
a x l
Fa FQ x l
FQ x VB
Fb M x x l
M x VB (l x )
Fa l x M x l
解：（1）确定支座反力 A l/4
q
C l B
ql FAV FBV
(2) C截面内力
2
取C截面以左部分为脱离体：
FQC
l ql FAV q FQC 0 FQC 4 4 MC 0
l ql l M C FAV 0 4 4 8
Y 0
A
FAV
C
MC
FQ
二、弯曲内力的正负号规定: 剪力FQ :
FQ dl
+
FQ FQ
－
FQ
以使脱离体有顺时针旋转趋势为正
二、弯曲内力的正负号规定:
弯矩M：
+
M M
－
M
M
以使梁下部纤维受拉为正 为了与后续课程结构力学取得一致，规定弯矩 图要画在梁纤维受拉的一面，可以不标正负号。
例5.1 求简支梁C,B截面的内力。
max
。
M
max
例5.6 求作梁的内力图。 解：1、支反力
FA 6kN; FB 4kN
FP=2kN
1
2
q=2.5kN/m
3
A
C 2D 1
1m 1m
1m
E
F
3
B
1m 1m
2、作剪力图 由微分关系可知，AC、CD、FB段 分别为水平直线，DF段为斜直线
FQ11 FA 6kN FQ22 FA 5 1kN
1.求支座反力 Fa F (l a) FBY , FAY l l 2.求m-m截面内力 以m - m 截面的左段为研究对象：
Y 0,
FAY FQ 0.
F (l a) FQ FAY l
M FAY x F (l a) x l
mC 0, M FAY x 0.
FQ ( x )dx M ( x ) 1 q( x )(dx )2 [ M ( x ) dM ( x )] 0 2
dM ( x ) FQ ( x ) dx
dM 2 ( x ) dFQ ( x ) 2 dx dx
dM 2 ( x ) q( x ) 2 dx
dFs x qx dx
例5.4 图示简支梁受集中荷载F作用。试作梁的剪力图和弯 矩图。 F b a
A FAV
x
C
Fb l
B FBV
解： (3)画内力图 FQ
M
Fb
Fa l
Fab l
例5.4 图示简支梁受集中荷载F作用。试作梁的剪力图和弯 矩图。 F b a
A FAV
x
C l
Fb l
B FBV
解： (3)画内力图 FQ
3ql 2 MC 32
例5.1 求简支梁C,B截面的内力。
解：（1）确定支座反力 A l/4
q
C l B
ql FAV FBV
(2) C截面内力 (3) B截面内力
2
FQB
MB
B
贴近B端取一薄片作为脱离体：
Y 0
M
B
FBV FQB 0
FQB
ql 2
FBV
0
MB 0
y
A
m
n
x B q(x)
x
m n
dx
M(x)+dM(x)
q( x)dx dFQ ( x)
M ( x)
O1
dFQ x q x dx
FQ(x) dx
FQ(x)+dFQ(x) q(x)
5.4.1 剪力、弯矩与分布荷载集度间的关系
对n-n截面形心O1取矩，有
y
A
m
n
m
O1
0 ,
x B q(x)
2.根据内力方程画剪力图 和弯矩图。 注意：M图画在梁纤维受拉的 一面,可以不标正负号。
－
FQ x －qx
0 x l
x
ql
ql2 2 x
例5.4 图示简支梁受集中荷载F作用。试作梁的剪力图和弯 矩图。 F b a
A FAV
x
C l
FAV Fb l
FBV Fa l
B FBV
x
m n
dx
M(x)+dM(x)
M ( x)
O1
FQ(x) dx
FQ(x)+dFQ(x) q(x)
q、FQ和M三者的微分关系:
dFQ x q x dx
dM ( x ) FQ ( x ) dx
dM 2 ( x) q( x) 2 dx
剪力图上某点处的切线斜率等 于该截面处分布荷载值（以向 上为正）。
5.1 梁的平面弯曲 梁的计算简图
梁
常见的梁的弯曲现象：
以弯曲变形为主的构件称为梁
F
F
工厂厂房的天车大梁
梁
常见的梁的弯曲现象：
轻轨的箱梁： 阳台的挑梁：
梁
常见的梁的弯曲现象：
火车的轮轴：
F
F
F
F
5.1.1
梁的平面弯曲概念
梁的平面弯曲的特征 所有横向外力（或其合力）均作用在同一纵向平面内，变形 后轴线成为一条平面曲线，其所在平面与外力作用面重合， 这种弯曲称为平面弯曲。
FQ
Fb l
Fa l
q F
Fa l