工程力学第七章
工程力学第七章剪切和挤压的实用计算

塑性材料制成的杆件受静荷载时,通常可不考虑应力
集中的影响。 均匀的脆性材料或塑性差的材料(如高强度钢)制成的 杆件即使受静荷载时也要考虑应力集中的影响。 非均匀的脆性材料,如铸铁,其本身就因存在气孔等
引起应力集中的内部因素,故可不考虑外部因素引起的应
力集中。
4
第七章 剪切和挤压的实用计算
一、剪切的概念
Fbs F / 4 110 s jy 107 171.9MPa s bs Abs td 4 11.6
钢板的2--2和3--3面为危险面 3F / 4 3 110 s2 107 155.7MPa s t (b 2d ) 4 (8.5 2 1.6) F 110 s3 107 159.4MPa s 综上,接头安全。 t (b d ) 1 (8.5 1.6) 1 2 3 F F F
12
2、剪切的实用计算
实用计算方法:根据构件的破坏可能性,采用能反映受力 基本特征,并简化计算的假设,计算其名义应力,然后根据直 接试验的结果,确定其相应的许用应力,以进行强度计算。
适用:构件体积不大,真实应力相当复杂情况,如连接件等。
剪切实用计算假设:假设剪应力在整个剪切面上均匀分布。
13
(合力) F
FQ
FQ Fbs F
F 57103 28.6MPa AQ bL 20100
Fbs F 57103 s bs 95.3MPa s bs Abs L h 2 100 6 m F h
F
L b
AQ
F d
综上,键满足强度要求。
21
例3. 一铆接头如图所示,受力P=110kN,已知钢板厚度为 t=1cm ,宽度 b=8.5cm ,许用应力为[s ]= 160M Pa ;铆钉的直径 d=1.6cm,许用剪应力为[]= 140M Pa ,许用挤压应力为
工程力学7第七章应力状态和应变状态分析

x y x y cos 2 x sin 2 2 2 x y sin 2 x cos 2 2
0
x y
2
(
x y
2
)
2
2
2 x
y
y
y
2
090
0
x y
2
(
x y
2
2、为什么要研究一点的应力状态 单向应力状态和纯剪切应力状态的强度计算
σmax≤ [σ] τ
max≤[τ
]
梁截面上的任意点的强度如何计算?
分析材料破坏机理
F F F F T
T
3、怎么研究一点的应力状态
单元体
•各面上的应力均匀分布
• 相互平行的一对面上 应力大小相等、符号相同
满足:力的平衡条件 切应力互等定理
§7-2 平面应力状态分析
一、解析法:
1.任意斜面上的应力 y
y
y
y
y
n
y
x
a
x
e
d
x
x
x
bz
x
x
x
e
x
x
y
f
yy
x
x
b
c
y
y
y
f t
应力的符号规定同前 α角以从x轴正向逆时针 转到斜面的法线为正
(设ef的面积为dA)
x y x y cos 2 x sin 2 2 2 x y sin 2 x cos 2 2
工程力学第7章答案

⼯程⼒学第7章答案第7章简单的弹性静⼒学问题7-1 有⼀横截⾯⾯积为A 的圆截⾯杆件受轴向拉⼒作⽤,若将其改为截⾯积仍为A 的空⼼圆截⾯杆件,其他条件不变,试判断以下结论的正确性:(A )轴⼒增⼤,正应⼒增⼤,轴向变形增⼤;(B )轴⼒减⼩,正应⼒减⼩,轴向变形减⼩;(C )轴⼒增⼤,正应⼒增⼤,轴向变形减⼩;(D )轴⼒、正应⼒、轴向变形均不发⽣变化。
正确答案是 D 。
7-2 韧性材料应变硬化之后,材料的⼒学性能发⽣下列变化:(A )屈服应⼒提⾼,弹性模量降低;(B )屈服应⼒提⾼,韧性降低;(C )屈服应⼒不变,弹性模量不变;(D )屈服应⼒不变,韧性不变。
正确答案是 B 。
7-3 关于材料的⼒学⼀般性能,有如下结论,试判断哪⼀个是正确的:(A )脆性材料的抗拉能⼒低于其抗压能⼒;(B )脆性材料的抗拉能⼒⾼于其抗压能⼒;(C )韧性材料的抗拉能⼒⾼于其抗压能⼒;(D )脆性材料的抗拉能⼒等于其抗压能⼒。
正确答案是 A 。
7-4 低碳钢材料在拉伸实验过程中,不发⽣明显的塑性变形时,承受的最⼤应⼒应当⼩于的数值,有以下四种答案,试判断哪⼀个是正确的:(A )⽐例极限;(B )屈服强度;(C )强度极限;(D )许⽤应⼒。
正确答案是 B 。
7-5 根据图⽰三种材料拉伸时的应⼒—应变曲线,得出的如下四种结论,试判断哪⼀种是正确的:(A )强度极限)3()2()1(b b b σσσ>=,弹性模量E(1)>E(2)>E(3),延伸率δ(1)>δ(2)>δ(3)⽐例极限;(B )强度极限)2()1()3(b b b σσσ<<,弹性模量E(2)>E(1)>E(3),延伸率δ(1)>δ(2)>δ(3)⽐例极限;(C )强度极限)3()1()2(b b b σσσ>>,弹性模量E(3)>E(1)>E(2),延伸率δ(3)>δ(2)>δ(1)⽐例极限;(D )强度极限)3()2()1(b b b σσσ>>,弹性模量E(2)>E(1)>E(3),延伸率δ(2)>δ(1)>δ(3)⽐例极限;正确答案是 B 。
《工程力学:第七章+圆轴扭转时的应力变形分析与强度和刚度设计》

工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
背 景
材
料
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
背 景
材
料
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计 一、扭转的概念 复习 Me
mA
阻抗力 偶
主动力 偶
me
受力特点:杆两端作用着大小相等、方向相反的力偶,且力 偶作用面垂直于杆的轴线。 变形特点:杆任意两截面绕轴线发生相对转动。 主要发生扭转变形的杆——轴。
Mx 16M x 16 1.5kN m 103 max= = 3 = =50.9MPa 3 4 -3 4 WP πD 1 π 90mm 10 1 0.9传动轴的强度是安全的。
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计 2.确定实心轴的直径 根据实心轴与空心轴具有同样数值的最大剪应力的要求, 实心轴横截面上的最大剪应力也必须等于 50.9MPa 。若设实 心轴直径为d1,则有
b b
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计 T 一、 扭转强度计算 变截面圆轴: max W [ ] 1、强度条件: p
max
max
对脆性材料 [ ] 对韧性材料 [ ]
b
nb
工程力学-第7章-轴向拉压杆件的强度与变形计算

7
Guang Zhou Auto College
工程力学
第7章 轴向拉压杆件的强度与变形计算
广 州 汽
斜拉桥承受拉力的钢缆 车 学 院
8
Guang Zhou Auto College
工程力学
第7章 轴向拉压杆件的强度与变形计算
广 州 汽 车 学 院9来自 7-1轴向拉压杆横截面上的应力
胡克定律
车
学
院
工程力学
17
轴向拉压的变形分析
P
P
A 细长杆受拉会变长变细,
P
B 受压会变短变粗
C 长短的变化,沿轴线方向, 称为纵向变形
l+Dl l
d-Dd d
D 粗细的变化,与轴线垂直,
称为横向变形
P
P
P
7-3轴向拉压杆的变形计算 胡克定律
工程力学
Guang Zhou Auto College
变形量的代数和:
汽
车
Δ
l
=
FNi li FNi ADlEADA+i
=Dl AD DlDE DlEB Dl
FNDElDE + FNEBlEB + FNBClBC
BC
学
Ec AAD
Ec ADE
Es AEB
Es ABC
=1.2106 m 0.6106 m 0.285106 m 0.428106 m
广
承受轴向载荷的拉(压)杆在工程中的
州
应用非常广泛。
汽
由汽缸、活塞、连
杆所组成的机构中,不
车
仅连接汽缸缸体和汽缸
盖的螺栓承受轴向拉力,
学
带动活塞运动的连杆由
工程力学第七章

截面法求内力的步骤:
x
1、沿某一截面切开,得 到分离体;
2、对某一分离体列平衡 方程,求得内力。
22
工程力学
第七章
截面法求内力的步骤
1、用假想截面将杆件切开,得到分离体; 2、画分离体受力图,内力用分量表示; 3、对分离体建立平衡方程,求得内力。
平衡方程:
F
x
0 0
F
y
0
y
F
z
0
——通过试样得到的材料性能可用于构件的任何部位。
各向同性假设:构件某一处材料沿各个方向的力 学性能均相同。
14
工程力学
第七章
思考:金属材料在宏观、细观和微观是否连续、均匀与各向 同性?
球墨铸铁的显微组织
优质钢材的显微组织
微观:分子原子内部结构的非连续,非均匀,各向异性。
细观:非连续(微缺陷、微孔洞等);非均匀(微夹杂、 晶界等);各向异性(晶粒方位);尺寸效应
杆(bar/rod)
材力的主要研究对象是杆,以及由杆组成的简单杆系,
同时也研究一些形状与受力均比较简单的板与壳。
11
工程力学
第七章
材料力学的研究对象
杆件:
轴线
横截面
12
工程力学
第七章
讨论:仅研究杆件,有何意义? •骨架
•栋梁
•中流砥柱
烟台南山娱乐城 (伞形结构)
上海南浦大桥
•核心 •关键
p 正应力
A
pav
F A
F p lim A 0 A
K点处的应力
27
△A内平均应力
工程力学
第七章
F1
ΔFS
ΔA
工程力学第七章重心及截面的几何性质

A. Oxy; B. O1xy1; C. O2 x1 y1; D. O3x1 y。
y1
y
O1
O
x
O2
O3
x1
C
课堂练习
I.
任意图形,若对某一对正交坐标轴的惯性积为零, 则这一对坐标轴一定是该图形的( )。
A. 形心轴; B. 主轴 C. 主形心轴 D. 对称轴
B
在图示开口薄壁截面图形中,当( )时,y-z轴始终保持 为一对主轴。
对称轴y的惯性矩分别为
I
a y
I,yb 则(
I
a x
I xb对
)。
A.
I
a y
I
yb,I
a x
I
b;
x
B.
I
a y
I
yb,I
a x
I
b;
x
C.
I
a y
I
yb,I
a x
I
b;
x
y
D.
I
a y
I
yb,I
a x
I
b。
x
y
o
x
o
x
(a)
(b)
C
课堂练习
I. 图示半圆形,若圆心位于坐标原点,则( )。
y
A.
F
LAC
A
LAB
1.3mm 100103 2
2 2.1105 106 252 106
4
cos 300
A
§8–4纯弯曲时梁横截面上的正应力
M
FS
M
FS
M
FS
梁弯曲时横截面上的正应力与切应力,分别称
为弯曲正应力与弯曲切应力。
工程力学第7章

第7章 材料力学的基本概念
变形固体的基本假设 7.1 变形固体的基本假设 7.2 外力及其分类 外力及其分类 内力、 7.3 内力、截面法和应力的概念 7.4 杆件变形的基本形式
第7章 材料力学的基本概念
7.1 变形固体的基本假设
1. 均匀连续假设 均匀连续假设即认为整个固体内物质是连续分布的,且各处的力 学性质是完全相同的。常用的金属材料是由极微小的晶粒(例如, 每立方毫米的钢料中一般含有数百个晶粒)组成,晶粒的排列通 常是随机的,晶粒之间可能存在着空位,而且各晶粒的性质也不 尽相同。但由于材料力学中所研究的构件或构件的一部分的尺寸 远大于晶粒,因此可把金属构件看成是连续体;同时,金属材料 的力学性质是它所含晶粒性质的统计平均值,所以,晶粒之间的 空位及其性质的非均匀性对构件性质和分析计算的影响都不算严 重。总之,根据这一假设,构件中的一些物理量(例如各点的位 移)可用坐标的连续函数来描述; 同时, 通过试件所测得的材 料的力学性能,可用于构件内部的任何部位。
第7章 材料力学的基本概念
图7-3
第7章 材料力学的基本概念
7.4 杆件变形的基本形式
1. 轴向拉伸或轴向压缩 若直杆受到沿轴线方向作用的一对大小相等、方向相反 的外力作用, 则直杆的主要变形是轴向拉伸(图7-3(a))或 轴向压缩(图7-3(b))。简单桁架在载荷的作用下, 桁架中 的杆件就会发生轴向拉伸或轴向压缩。
第7章 材料力学的基本概念 2. 剪切 若直杆受到一对大小相等、 方向相反且相距很近的横向 外力作用, 则直杆的主要变形是两外力之间的横截面产生相 对错动(图7-3(c))。
FR pm = A
当ΔA趋于零时,pm的大小和方向都将趋于一定极限, 由此得到
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
请判断下列简化在什么情形下是正确的, 请判断下列简化在什么情形下是正确的, 么情形下是不正确的: 么情形下是不正确的:
湖北汽车工业学院汽车工程系
第 七 章
HBQY
绪
论
思考: 思考:找出下图变形后的应变
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
7.6
杆件变形的基本形式
拉伸与压缩(tension & compression): 作用线与杆件轴线重合。 拉伸与压缩 : 作用线与杆件轴线重合。
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
弯曲载荷(bending): 弯曲载荷(bending): (bending)
构件受到垂直于构件轴线的力或矢量方向垂直与构件轴 线的力偶作用。 线的力偶作用。
湖北汽车工业学院汽车工程系
第 七 章
HBQY
绪
论
静力设计
失效分析 内力分析 应力分析
受力分析
强度设计 刚度设计 稳定设计
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
思考: 思考: 注意弹性体模型与刚体模型的区别与联 刚体模型适用的概念、 系—刚体模型适用的概念、原理、方法,对弹 刚体模型适用的概念 原理、方法, 性体可用性与限制性。诸如: 性体可用性与限制性。诸如:力系的等效与简 平衡原理与平衡方法等。 化;平衡原理与平衡方法等。
第 七 章
HBQY
绪
论
7.1
材料力学的任务
研究内容: 研究内容: 研究构件强度、刚度和稳定性计算的工程方法。 研究构件强度、刚度和稳定性计算的工程方法。 强度 计算的工程方法 强度(strength) :物体抵抗破坏的能力。 强度( ) 物体抵抗破坏的能力。
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
切应变γ 角应变) 二、切应变γ (角应变)
τ
角应变:直角的改变量。 角应变:直角的改变量。 γ=90 º - α γ=“+ * γ= +” “-” -
τ τ τ
α
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
1 1
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
截面上的主矢R 可以分解为: 截面上的主矢R,可以分解为:
垂直截面的分量R1: 法向力F 通过轴线称轴力) 垂直截面的分量R1:——法向力FN(通过轴线称轴力) R1 法向力 平行截面的分量R2: 剪力Fs 平行截面的分量R2:——剪力Fs R2 剪力
第 七 章
HBQY
绪
论
7.2
变形固体的基本假设
材料力学的研究对象: 变形固体。 材料力学的研究对象: 变形固体。 材料力学中对变形固体的基本假设: 材料力学中对变形固体的基本假设: (1)连续性(continuity) 连续性( ) (数学) 数学)
均匀性(homogeneity) 力学) (2)均匀性(homogeneity) (力学) (3)各向同性 (isotropy) ) (物理) 物理)
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
Fs
截面上的主矩C 可以分解为: 截面上的主矩C,可以分解为:
垂直截面的分量C1: 扭矩T 垂直截面的分量C1:——扭矩T C1 扭矩 平行截面的分量C2: 弯矩M 平行截面的分量C2:——弯矩M C2 弯矩 C
R
FN
T
M
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
线应变(正应变): 一、线应变(正应变):
ε =(L1-L)/L=∆L/L ( )
L1 L d1 d
即单位长度上的变形量,无量纲。 即单位长度上的变形量,无量纲。 其物理意义是构件上一点沿某一方向变形量的大小
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
L
2
1 α α A P
2
3 1
A
可以在未变形的构件中进行计算
A’
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
7.3
外力及其分类
载荷: 把作用在构件上除支座反力以外的外力统称为载荷。 载荷: 把作用在构件上除支座反力以外的外力统称为载荷。 集中载荷 分布载荷
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
1)截:在预求内力的截面处,将物 在预求内力的截面处, 体一分为二。 体一分为二。 2)取:因为整体平衡,所以切开后 因为整体平衡, 的任一部分也应平衡。 的任一部分也应平衡。取其 中任一部分, 中任一部分,先画这部分原 有的外力,然后在截面处画 有的外力, 内力。( 。(取的这部分外力越 内力。(取的这部分外力越 简单越好)。 简单越好)。 3)代:用内力代替一部分对另一部 分的作用。 分的作用。 4)平:根据受力图,方程,求解内 ) 根据受力图,方程, 力列平衡。 力列平衡。 R C
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
材料力学中变形的假设: 材料力学中变形的假设:
3
(1)小变形
1 2 1 4 cos α = 1 − α + α − ... ⇒ cos α ≈ 1 2! 4! 1 3 2 5 tan α = α + α + α + ... ⇒ tan α ≈ α 3 15
第 七 章
HBQY
绪
论
应
力
单位面积上的内力。某截面处内力的密集程度。 单位面积上的内力。某截面处内力的密集程度。 (stress) 单位:Pa(1N/m2) ) 单位: 一点处的应力: 一点处的应力: 全应力 p=lim(∆R/∆A) (∆A→0) 正应力 (Normal Stress): : 垂直于截面的应力 σ=lim(∆FN/∆A) (∆A→0) 切应力(Shearing Stress) 切应力 位于截面内的应力 τ =lim(∆Fs/∆A)(∆A→0)
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
工程设计程序
方案设计
静力设计
设计定型
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
剪切(shearing): 剪切(shearing): (shearing)
构件受到大小相等,方向相反, 构件受到大小相等,方向相反,作用线垂直与杆件轴线且 距离很近的一对力作用。 距离很近的一对力作用。
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
不稳定平衡
稳定平衡
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
第 七 章
HBQY
绪
论
扭转载荷(torsion): 扭转载荷(torsion):
构件受到矢量方向与轴线重合的力偶作用。 构件受到矢量方向与轴线重合的力偶作用。
湖北汽车工业学院汽车工程系
第 七 章
HBQY
绪
论
钻床,P=15KN,e=200mm,h=100mm,b=60mm, 例题 钻床,P=15KN,e=200mm,h=100mm,b=60mm, 试求立柱的内力。 试求立柱的内力。 解: