3、构件的强度、刚度和稳定性ppt课件
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机械基础教材第二章 强度与刚度知识ppt课件
17
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 二、铸铁拉伸与压缩时的力学性能
特点：没有“屈服”和“颈缩”现象，Rm很低； 铸铁的抗压强度远大于抗拉强度； 宜作承压材料，不宜作拉杆材料。
18
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
三、塑性与冷作硬化
1.塑性
塑性是材料抵抗永久变形而不断裂的能力。工程中常用的塑性指标是断
件的左端为对象，列平衡方程为FN－F=0，则内力FN=F，如图（b）所示。
F
F
F
FN
（a）
（b）
5
§2.1 直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析 （3）应力 杆件在外力作用下，单位面积上的内力称为应力。
拉压杆横截面上各点处只产生正应力，且正应力在截面上均匀分布 。
F
FN
A
FN
——轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式。 式中：
max
FN A
150 103
1570
MPa
95.5 MPa﹤ 所以斜拉杆 C 的D 强度足够。
31
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 五、应力集中与温差应力 1.应力集中 局部应力显著增大的现象：应力集中，使零件破坏危险性增加。
32
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 2.温差应力 由于温度变化，结构或构件产生伸或缩，而当伸缩受到限制时，结构或 构件内部便产生应力，称为温差应力或热应力。 工业生产中输送高压蒸汽的管道要设置膨胀节，以避免受温度变化影响。
二、内力与应力 （1）内力
杆件所受其他物体的作用力都称为外力，包括主动力和约束力。在外力 作用下，杆件发生变形，杆件材料内部产生阻止变形的抗力，这种抗力称为 内力（。2）截面法
将受外力作用的杆件假想地切开，用以显示内力的大小。并以平衡条件 确定其合力的方法称为截面法。如下图（a）所示,假想将杆件切开，选取杆
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质 二、铸铁拉伸与压缩时的力学性能
特点：没有“屈服”和“颈缩”现象，Rm很低； 铸铁的抗压强度远大于抗拉强度； 宜作承压材料，不宜作拉杆材料。
18
§2.2 拉伸和压缩时材料的力学性质
三、塑性与冷作硬化
1.塑性
塑性是材料抵抗永久变形而不断裂的能力。工程中常用的塑性指标是断
件的左端为对象，列平衡方程为FN－F=0，则内力FN=F，如图（b）所示。
F
F
F
FN
（a）
（b）
5
§2.1 直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析 （3）应力 杆件在外力作用下，单位面积上的内力称为应力。
拉压杆横截面上各点处只产生正应力，且正应力在截面上均匀分布 。
F
FN
A
FN
——轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式。 式中：
max
FN A
150 103
1570
MPa
95.5 MPa﹤ 所以斜拉杆 C 的D 强度足够。
31
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 五、应力集中与温差应力 1.应力集中 局部应力显著增大的现象：应力集中，使零件破坏危险性增加。
32
§2.3 直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算 2.温差应力 由于温度变化，结构或构件产生伸或缩，而当伸缩受到限制时，结构或 构件内部便产生应力，称为温差应力或热应力。 工业生产中输送高压蒸汽的管道要设置膨胀节，以避免受温度变化影响。
二、内力与应力 （1）内力
杆件所受其他物体的作用力都称为外力，包括主动力和约束力。在外力 作用下，杆件发生变形，杆件材料内部产生阻止变形的抗力，这种抗力称为 内力（。2）截面法
将受外力作用的杆件假想地切开，用以显示内力的大小。并以平衡条件 确定其合力的方法称为截面法。如下图（a）所示,假想将杆件切开，选取杆
第4章结构构件的强度刚度稳定性
查P52表4-4
2、许用应力
查P12表2-2， 得：
查P45表3-11载荷组合B得：安全系数n=1.34
3、稳定性校核
由于 ，故只需按 计算整体稳定性
查P50表4-2截面属于b类，查P228附表4-2得
所以构件整体稳定性满足要求。
4.2
主要承受横向载荷的构件称为受弯构件，实腹式受弯构件简称梁，格构式受弯构件简称桁架。桁架将在后续介绍，本节仅介绍实腹受弯构件的强度、刚度及整体稳定性。
(4-2)
式中： —构件的计算长度,mm；
—许用长细比，《起重机设计规范》GB/T3811-2008规定结构构件容许长细比见表4-1；
—构件截面的最小回转半径,mm。
（4-3）
式中: —构件毛截面面积，mm2；
－构件截面惯性矩，mm４；
表4-1结构构件容许长细比
构件名称
受拉构件
受压构件
主要承载结构件
5
缀条
-缀条所在平面和x-x轴的夹角
注：1、斜腹杆与构件轴线间的倾角应保持在400~700范围内。
2、缀板组合构件的单肢长细比 不应大于40。
例题4-1
已知如图4-6所示工字形截面轴心压杆，翼缘：2-200×10 ，腹板：1-180×6，杆长 ，两端铰支，按载荷组合B求得构件轴心压力 ，钢材为Q235B钢，焊条为E43型，试验算构件强度、刚度及整体稳定性。
(2)
在起重机械结构中，理想构件是不存在的，构件或多或少存在初始缺陷。如：初变形(包括初弯曲和初扭曲)、初偏心(压力作用点与截面型心存在偏离的情况)等等。这些因素，都使轴心压杆在载荷一开始作用时就发生弯曲，不存在由直线平衡到曲线平衡的分歧点。实际轴心压杆的工作情况犹如小偏心受压构件，其临界力要比理想轴心压杆低(图4-4)，当压力不断增加时，压杆的变形也不断增加，直至破坏。载荷和挠度的关系曲线，由稳定平衡的上升和不稳定平衡的下降段组成。在上升段OA，增加载荷才能使挠度加大，内外力处于平衡状态；而在下降阶段AB，由于截面上塑性的发展，挠度不断增加，为了保持内外力的平衡，必须减小载荷。因此，上升阶段是稳定的，下降阶段是不稳定的，上升和下降阶段的分界点A，就是压杆的临界点，所对应的载荷也是压杆稳定的极限承载力 (即压溃力)。
2、许用应力
查P12表2-2， 得：
查P45表3-11载荷组合B得：安全系数n=1.34
3、稳定性校核
由于 ，故只需按 计算整体稳定性
查P50表4-2截面属于b类，查P228附表4-2得
所以构件整体稳定性满足要求。
4.2
主要承受横向载荷的构件称为受弯构件，实腹式受弯构件简称梁，格构式受弯构件简称桁架。桁架将在后续介绍，本节仅介绍实腹受弯构件的强度、刚度及整体稳定性。
(4-2)
式中： —构件的计算长度,mm；
—许用长细比，《起重机设计规范》GB/T3811-2008规定结构构件容许长细比见表4-1；
—构件截面的最小回转半径,mm。
（4-3）
式中: —构件毛截面面积，mm2；
－构件截面惯性矩，mm４；
表4-1结构构件容许长细比
构件名称
受拉构件
受压构件
主要承载结构件
5
缀条
-缀条所在平面和x-x轴的夹角
注：1、斜腹杆与构件轴线间的倾角应保持在400~700范围内。
2、缀板组合构件的单肢长细比 不应大于40。
例题4-1
已知如图4-6所示工字形截面轴心压杆，翼缘：2-200×10 ，腹板：1-180×6，杆长 ，两端铰支，按载荷组合B求得构件轴心压力 ，钢材为Q235B钢，焊条为E43型，试验算构件强度、刚度及整体稳定性。
(2)
在起重机械结构中，理想构件是不存在的，构件或多或少存在初始缺陷。如：初变形(包括初弯曲和初扭曲)、初偏心(压力作用点与截面型心存在偏离的情况)等等。这些因素，都使轴心压杆在载荷一开始作用时就发生弯曲，不存在由直线平衡到曲线平衡的分歧点。实际轴心压杆的工作情况犹如小偏心受压构件，其临界力要比理想轴心压杆低(图4-4)，当压力不断增加时，压杆的变形也不断增加，直至破坏。载荷和挠度的关系曲线，由稳定平衡的上升和不稳定平衡的下降段组成。在上升段OA，增加载荷才能使挠度加大，内外力处于平衡状态；而在下降阶段AB，由于截面上塑性的发展，挠度不断增加，为了保持内外力的平衡，必须减小载荷。因此，上升阶段是稳定的，下降阶段是不稳定的，上升和下降阶段的分界点A，就是压杆的临界点，所对应的载荷也是压杆稳定的极限承载力 (即压溃力)。
结构力学ppt课件
结构力学ppt课件
目录
• 结构力学简介 • 结构力学的基本原理 • 结构分析的方法 • 结构力学的应用 • 结构力学的挑战与未来发展 • 结构力学案例分析
01
结构力学简介
什么是结构力学
01
结构力学是研究工程结构在各种外力作用下产生的响
应的一门学科。
02
它主要涉及结构的强度、刚度和稳定性等方面的分析
04
有限元法
有限元法是一种将结构分解为有限个小 的单元，并对每个单元进行力学分析的 方法。
有限元法具有适用范围广、精度较高等 优点，但也存在计算量大、需要较强的 计算机能力等缺点。
通过对所有单元的力学行为进行组合， 可以得到结构的整体力学行为。
它适用于对复杂结构进行分析，例如板 壳结构、三维实体等。
结构力学的历史与发展
结构力学起源于19世纪中叶，随着土木工程和机械工程的发展而逐渐形成。
早期的结构力学主。
目前，结构力学已经广泛应用于各个工程领域，包括建筑、桥梁、机械、航空航天等。同时，结构力学 的研究也在不断深入和发展，以适应各种复杂工程结构的需要。
案例一：桥梁的力学分析
总结词
桥梁结构是力学分析的重要案例，涉及到多种力学因素，包括静载、动载、应 力、应变等。
详细描述
桥梁的力学分析需要考虑多种因素，包括桥梁的跨度、桥墩的支撑方式、桥梁 的材料性质等。在分析过程中，需要建立力学模型，进行静载和动载测试，并 运用结构力学的基本原理进行优化设计。
案例二：航空发动机的力学设计
强度理论
01
强度理论是研究结构在外力作用下达到破坏时的强度条件的科学。
02
强度理论的基本方程包括最大正应力理论、最大剪切应力理论、形状改变比能 理论和最大拉应力理论，用于描述结构在不同外力作用下达到破坏时的条件。
目录
• 结构力学简介 • 结构力学的基本原理 • 结构分析的方法 • 结构力学的应用 • 结构力学的挑战与未来发展 • 结构力学案例分析
01
结构力学简介
什么是结构力学
01
结构力学是研究工程结构在各种外力作用下产生的响
应的一门学科。
02
它主要涉及结构的强度、刚度和稳定性等方面的分析
04
有限元法
有限元法是一种将结构分解为有限个小 的单元，并对每个单元进行力学分析的 方法。
有限元法具有适用范围广、精度较高等 优点，但也存在计算量大、需要较强的 计算机能力等缺点。
通过对所有单元的力学行为进行组合， 可以得到结构的整体力学行为。
它适用于对复杂结构进行分析，例如板 壳结构、三维实体等。
结构力学的历史与发展
结构力学起源于19世纪中叶，随着土木工程和机械工程的发展而逐渐形成。
早期的结构力学主。
目前，结构力学已经广泛应用于各个工程领域，包括建筑、桥梁、机械、航空航天等。同时，结构力学 的研究也在不断深入和发展，以适应各种复杂工程结构的需要。
案例一：桥梁的力学分析
总结词
桥梁结构是力学分析的重要案例，涉及到多种力学因素，包括静载、动载、应 力、应变等。
详细描述
桥梁的力学分析需要考虑多种因素，包括桥梁的跨度、桥墩的支撑方式、桥梁 的材料性质等。在分析过程中，需要建立力学模型，进行静载和动载测试，并 运用结构力学的基本原理进行优化设计。
案例二：航空发动机的力学设计
强度理论
01
强度理论是研究结构在外力作用下达到破坏时的强度条件的科学。
02
强度理论的基本方程包括最大正应力理论、最大剪切应力理论、形状改变比能 理论和最大拉应力理论，用于描述结构在不同外力作用下达到破坏时的条件。
强度、刚度、稳定性
提高弯曲强度的措施
一、 合理安排梁的受力情况 合理安排作用在梁上的荷载，可以降低梁的最大弯矩。从 而提高梁的强度
1、使集中力分散
2、减小跨度
二、 合理选择截面
当弯矩值一定时，横截面上的最大正应力与弯曲截面系数成 反比，即弯曲截面系数W，越大越好。另一方面，横截面面积越 小，梁使用的材料越少，自重越轻，即横截面面积A，越小越好。
对于内外径分别为 d 、D 的空心圆截面
Wz
Iz y max
D4(14)/64 D3 (14)
D/2
32
弯曲切应力
1. 矩形截面梁的弯曲切应力109
y h， 2
即横截面上、下边缘各点处：
0
y =0，即中性轴上各点处：
max
3 2
FQ bh3 2F来自 A2. 工字形截面梁的弯曲切应力111 腹板上的切应力
EI
F M(x) C1和C2为待定常数，根据压杆的约束边 界条件来确定，在两端铰支的情况下，
x w w(x) 边界条件为
Oy
y
w(0)w(l)0
O
F
(a)
(b)
C 20 , C 1sikn l0
x F
EI Oy (a)
x F M(x)
x w w(x) y
O F (b)
w (x ) C 1sikn x C 2ck ox s C 20 , C 1sikn l0
强度、刚度、稳定性
梁的弯曲应力与强度计算
1 梁弯曲时横截面上的正应力 2 弯曲切应力 3 梁的强度计算 4 提高弯曲强度的措施
梁弯曲时横截面上的正应力
横弯曲和纯弯曲102
平面弯曲时梁的横截面上有两 个内力分量：弯矩和剪力。
强度、刚度、稳定性
结构失效的三种模式：强度、刚度、稳定。
强度因为直观，最好理解。
强度问题通常表现为构件受力拉断/压溃了，定量描述就是某点应力大于了材料强度。
强度：材料抵抗永久（塑性）变形或断裂的能力；1.刚度问题表现为构件受力后变形大，定量描述就是变形大于变形允许值。
刚度与强度不同，构件没坏，只是变形大，实质上体现的更多是功能性要求。
刚度：材料抵抗弹性变形的能力刚度要求：在载荷作用下，构件即使有足够的强度，但若变形过大，仍不能正常工作。
2.稳定性要求一些受压力作用的细长杆，如千斤顶的螺杆、内燃机的挺杆等，应始终维持原有的直线平衡形态，保证不被压弯。
稳定性要求就是指构件应有足够的保持原有平衡形态的能力。
失稳并不是翻倒而是不能恢复原有稳定形状从建筑规范的解释就是高宽比，即高度和建筑横向跨度的比例，比如说砖墙同样的高度和长度，砖墙越厚，底部面积越大越不容易倒。
稳定性：结构维持其原有平衡状态的能力。
刚度是与变形有关，这个变形过程是渐进。
而稳定性是在强度和刚度都满足的情况下依然可能发生的现象，其变形过程是跳跃的。
稳定性：工程中有些构件具有足够的强度、刚度，却不一定能安全可靠地工作。
当F小于某一临界值F cr，撤去轴向力后，杆的轴线将恢复其原来的直线平衡形态(图b)，则称原来的平衡状态的是稳定平衡。
当F增大到一定的临界值F cr，，撤去轴向力后，杆的轴线将保持弯曲的平衡形态，而不再恢复其原来的直线平衡形态(图c)，则称原来的平衡状态的是不稳定平衡。
稳定的平衡状态和不稳定状态之间的分界点称为临界点，临界点对应的载荷称为临界荷载。
用Fp cr表示。
压杆从直线平衡状态转变为其他形式平衡状态的过程称为称为丧失稳定，简称失稳，也称屈曲，屈曲失效具有突发性，在设计时需要认真考虑。
钢结构课件 轴心受压构件的整体稳定性
N=1000kN, 柱的长度4.2m。柱截面为焊接工字形，具有轧制边 翼缘，尺寸2-10×220, 腹板1-685
4.2.6 轴心受压构件扭转和弯扭屈曲
1、扭转屈曲
根据弹性稳定理论，两端铰支且翘曲无约束的杆件，其扭 转屈曲临界力，可由下式计算：
《钢结构稳定理论与设计》 陈骥 著
NE
fy
弹塑性阶段
N A
Nv0
W 1 N
NE
fy
相对初弯曲 ε0 = v0 / ρ = v0 / (W/A)
N [1 A 1
0
N
] NE
fy
N A
1
1000
i
1
1 N
N
E
fy
上式的解即为Perry-Robertson公式(柏利公式)
i0—截面关于剪心的极回转半径。i02
e02
ix2
i
2 y
引进扭转屈曲换算长细比z ：
1、扭转屈曲
满足
I 0
z =5.07b/t
x (y) ≥ z =5.07b/t
z2
25.7
Ai02 It
25.7
Ix
Iy It
2t 2b3 12
25.7 4bt3 3
选择计算 §4.6 板件的稳定和屈曲后强度的利用
§4.3 实腹式柱和格构式柱的截面选择计算
4.3.1 实腹式柱的截面选择计算
1、实腹式轴心压杆的截面形式 ①考虑原则 ②常用截面
2、实腹式轴心压杆计算步骤
§4.3 实腹式柱和格构式柱的截面选择计算
4.2.6 轴心受压构件扭转和弯扭屈曲
1、扭转屈曲
根据弹性稳定理论，两端铰支且翘曲无约束的杆件，其扭 转屈曲临界力，可由下式计算：
《钢结构稳定理论与设计》 陈骥 著
NE
fy
弹塑性阶段
N A
Nv0
W 1 N
NE
fy
相对初弯曲 ε0 = v0 / ρ = v0 / (W/A)
N [1 A 1
0
N
] NE
fy
N A
1
1000
i
1
1 N
N
E
fy
上式的解即为Perry-Robertson公式(柏利公式)
i0—截面关于剪心的极回转半径。i02
e02
ix2
i
2 y
引进扭转屈曲换算长细比z ：
1、扭转屈曲
满足
I 0
z =5.07b/t
x (y) ≥ z =5.07b/t
z2
25.7
Ai02 It
25.7
Ix
Iy It
2t 2b3 12
25.7 4bt3 3
选择计算 §4.6 板件的稳定和屈曲后强度的利用
§4.3 实腹式柱和格构式柱的截面选择计算
4.3.1 实腹式柱的截面选择计算
1、实腹式轴心压杆的截面形式 ①考虑原则 ②常用截面
2、实腹式轴心压杆计算步骤
§4.3 实腹式柱和格构式柱的截面选择计算
课件轴心受压构件的整体稳定性.
二、工字形组合截面板件的局部屈曲
对于局部屈曲问题，通常有两种考虑方法： 方法1：不允许板件屈曲先于构件整体屈曲，目前一般钢结构就是不允许局部屈曲先于整体屈曲来限制板件宽厚比。 方法2：允许板件先于整体屈曲，采用有效截面的概念来考虑局部屈曲对构件承载力的不利影响，冷弯薄壁型钢结构，轻型门式刚架结构的腹板就是这样考虑的。
残余应力对压杆临界荷载的影响
对x-x轴屈曲时: 对y-y轴屈曲时:
残余应力对弱轴的影响比对强轴严重得多!
4、杆端约束对轴心受压构件整体稳定性的影响
杆件临界力： － 计算长度系数
四、压杆曲线的确定
焊接工字形截面轴心受压柱稳定系数
12种不同截面尺寸，不同残余应力和分布以及不同钢材牌号轴心压构件曲线。
板的挠度为： 板的屈曲力为： 式中 a、b 受压方向板的长度和板的宽度； m、n 板屈曲后纵向和横向的半波数。 当n =1时，
K为板的屈曲系数：
四边简支均匀受压板的屈曲系数
当a>b时，减小板的非加载边a的长度不能提高板的临界承载力。 不同的边界约束条件取不同的屈曲系数；
4、缀板构件：
为防止单肢件失稳先于整体失稳，规范规定： 缀板构件：单肢长细比小于等于40且不大于两方向长细比较大值0.5倍；
二、杆件的截面选择
肢件：对实轴的稳定计算同实腹式压杆那样计算确定截面尺寸； 肢件距离：对实轴和虚轴的等稳定条件所决定；
缀条构件：
预先估计缀条面积A1y
缀板构件：
三、缀件计算 1、剪力计算 当格构式压杆绕虚轴弯曲时，因变形而产生剪力（由缀材承受）。假设其初始挠曲线为y0=v0sin∏x／l，则任意截面处的总挠度为： 在杆的任意截面的弯矩： 任意截面的剪力：
3.塔架
第二篇杆件的强度、刚度和稳定性
第⼆篇杆件的强度、刚度和稳定性第⼆篇杆件的强度、刚度和稳定性第六章基本知识与杆件的变形形式⼀、内容提要本章是第⼆篇——杆件的强度、刚度和稳定性的基本知识。
主要内容有变形固体及其基本假设以及杆件变形的基本形式。
变形固体在外⼒作⽤下能产⽣⼀定变形的固体弹性变形外⼒解除后，变形也随之消失的变形塑性变形外⼒解除后，变形并不能全部消失的变形⼩变形变形量与构件本⾝尺⼨相⽐特别微⼩的变形变形固体的基本假设连续性假设，均匀性假设，各向同性假设杆件变形的基本形式轴向拉伸或轴向压缩，剪切，扭转，平⾯弯曲⼆、思考题提⽰或解答6-1 什么是构件？什么是杆件？描述杆件的要素有哪些？杆件可以分为⼏种类型？⼯程中常见杆件是哪种杆？答：构件——组成建筑结构的单个物体。
杆件——指某⼀个⽅向（⼀般为长度⽅向）的尺⼨远⼤于其另外两个⽅向尺⼨的构件。
描述杆件的要素有横截⾯和轴线。
杆件可以分为直杆和曲杆，也可分为等裁⾯杆和变裁⾯杆。
⼯程中常见的杆件是等直杆。
6-2 学习第⼆篇杆件的强度、刚度、稳定性的主要任务是什么？答：在结构构件设计中，为解决安全可靠与经济节约这⼀⽭盾，提供系统的⼒学计算原理和基本⽅法。
6-3 简述变形固体的概念，变形固体有哪些基本假设？答：变形固体是指在外⼒作⽤下能产⽣⼀定变形的固体。
变形固体的基本假设有连续性假设，均匀性假设和各向同性假设。
6-4 什么是杆件的强度、刚度和稳定性？答：强度是指构件抵抗破坏的能⼒。
刚度是指构件抵抗变形的能⼒。
稳定性是指构件保持原有平衡状态的能⼒。
6-5 杆件变形的基本形式有哪⼏种？结合⽣产和⽣活实际，列举⼀些产⽣各种基本变形的实例。
答：杆件变形的基本形式有轴向拉伸或轴向压缩、剪切、扭转和平⾯弯曲四种。
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5.1 基本任务 5.2 关于变形固体的概念 5.3 基本假设 5.4 构件变形的基本形式 小结
2
5.1 基本任务 5.1.1 强度要求：强度，是指材料或构件抵抗破坏的能力。
2007年6月，九江大桥约200米桥面坍塌 2008年2月，咸宁学院篮球馆被大雪压塌
3
5.1.2 刚度要求：刚度，是指构件抵抗变形的能力。
第2篇 构件的强度、刚度和稳定性
第5章 基本知识与构件变形的基本形式 第6章 轴向拉伸和压缩 第7章 剪切与挤压 第8章 扭转 第9章 梁的内力 第10章 截面几何性质 第11章 梁的应力及强度计算 第12章 梁的变形 第13章 组合变形的强度条件 第14章 压杆稳定
1
第5章 基本知识与构件变形的基本形式
5
5.2 关于变形固体的概念
变形固体：在外力作用下形状和尺寸发生变化的固体。 弹性变形：指变形固体上的外力去掉后可消失的变形。 塑性变形：指变形固体上的外力去掉后不可消失的变形。
完全弹性体：指在外力作用下只有弹性变形的固体。 部分弹性体：指在外力作用下产生的变形由弹性变形和塑性
变形两部分组成的固体。 小变形：构件在荷载作用下产生的变形与构件本身尺寸相比
13
6.1 轴向拉（压）杆横截面的内力、轴力图
轴向力：外力的作用线与杆的轴线重合。 轴向拉力（拉力）：使杆件伸长的轴向力。 轴向压力（压力）：使杆件缩短的轴向力。
ED
C
A
K GH
B
FFF
F 拉杆
F
F
压杆
F
14
轴力 ：拉压杆横截面上的内力。 求解内力的方法——截面法
FA C
B FR
Fx 0
F
A 甲
得F N 21 kN (拉 力 ）
在第III段杆内，取左段为脱离体
FN3 ´ 1kN
3kN
F x 0 , 2 k N 3 k N 4 k N F N 3 0
得F N 2 3 k N (压 力 ）
+ -
在第III段杆内，若取右段为脱离体
3kN
FN33kN(压 力 ） 16
6.2 应力和应力集中的概念 6.2.1 截面上一点的应力
美国Tacoma大桥在风荷载作用下的变形 起重臂变形过大影响起重机正常工作
4
5.1.3 稳定性要求：稳定性，是指细长受压构件保持直线平衡形式的能力。压杆失 去直线平衡形式称为失稳。
1881～1897年间，世界上有24座较大金属桁架结构桥梁发生整体破坏； 1907年，加拿大跨长548米的奎拜克大桥倒塌，研究发现是受压杆件失 稳引起的。
是很微小的。反之，称为大变形。 本章研究内容限于小变形范围。
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5.3 基本假设
连续、均匀假设 ：假设物体在其整个体积内毫无空隙地充满了物质， 且物体的性质各处都一样。
各向同性假设：假设材料沿不同方向具有相同的力学性能。若材料沿不 同方向具有不同力学性能，则称为各向异性材料。
弹性假设：假设作用于物体上的外力不超过某一限度时，可将物体看成 完全弹性体。
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2.剪切 F
F 在一对相距很近，大小相等、方向相反的横向外力作用下，杆件的横 截面将沿外力方向发生相对错动。
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3.扭转
Me Me
在一对大小相等、方向相反、位于垂直杆轴线的两平面内的力偶作用 下，杆的相邻两横截面绕轴线发生相对转动。
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4.弯曲
M
M
在一对大小相等、方向相反、位于杆的纵向平面内的力偶作用下，杆 将在纵向平面内发生弯曲。
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小结
➢ 基本任务 本篇研究对象是构件，研究的主要内容是构件的强度、刚度 和稳定性以及材料的力学性能。
➢ 关于变性固体 1）具有可变形性质的固体称为可变形固体。 2）变形固体上的外力去掉后可消失的变形叫弹性变形，变形固体上的 外力去掉后不可消失的变形叫塑性变形（残余变形）。 3）在外力作用下只有弹性变形的固体叫完全弹性体。而在外力作用下 产生的变形由弹性变形和塑性变形两部分组成的固体叫部分弹性体。
应力：截面上的内力的分布集度。
F C A
p
C
由此，C点的应力为
plimF dF A0 A dA
一点处应力的两个分量：
正应力 ：垂直于截面的分量；
切应力 ：与截面相切的分量。
应力单位：Pa, 1Pa = 1N/㎡ 常用单位：MPa, 1MPa= 106 Pa
GPa，1MPa= 109 Pa
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6.2.2 拉（压）杆横截面上的正应力
C
FN
FN' C' 乙
C
C'
B FR
FN F
1）用假想的垂直于轴线的截面沿所求内力处切开，将构件分为两部分。
2）取两部分中的任意部分为脱离体，用相应的内力代替另一部分对脱离 体的作用。
3）对脱离体建立静力平衡方程，求未知内力的大小。
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例6-1 一杆件所受外力经简化后，其计算简图如图所示，试求 各段截面上的轴力。
FA
C
B FR
FA
C FN
C 轴力： FN
正应力： FN A
证明: (1) 平面假设
（2） 纵向纤维伸长量相等
F
（3） 正应力在横截面均匀分布
l
F l l
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6.2.3 拉（压）杆斜截面上的应力
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➢ 基本假设 将构件视为连续、均匀、各向同性的可变形固体，且只研究 弹性阶段的小变形问题。
➢ 构件变形的基本形式 轴向拉伸或压缩、剪切、扭转、弯曲。 ➢ 应注意的问题 区分第一篇和第二篇的基本概念。
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第6章 轴向拉伸和压缩
6.1 轴向拉(压)杆横截面的内力、轴力图 6.2 应力和应力集中的概念 6.3 轴向拉(压)杆的强度计算 6.4 轴向拉(压)杆的变形计算 6.5 材料在拉伸、压缩时的力学性能 6.6 轴向拉压超静定问题 小结
总之，本篇把构件视为连续、均匀、各向同性的可变形固体，且只研究弹性阶 段的小变形问题。
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5.4 构件变形的基本形式 杆件 ：指长度远大于横向尺寸的构件，简称杆。
等截面的直杆简称为等直杆。 杆件变形的4种基本形式： 1.轴向拉伸或压缩
F
F
在一对方向相反、作用线与杆轴线重合的外力作用下，杆件将发生 长度的改变（伸长或缩短）
解：在第I段杆内，取左段为脱离体
2kN I 3kN
2kN
FN1
2kN
3kN
2kN
3kN
FN
-
2kN
II 4kN III 3kN
F x 0 , 2 k N F N 1 0
得F N 1 2 k N (压 力 ）
在第II段杆内，取左段为脱离体
FN2 4kN FN3
F x 0 , 2 k N 3 k N F N 2 0
2
5.1 基本任务 5.1.1 强度要求：强度，是指材料或构件抵抗破坏的能力。
2007年6月，九江大桥约200米桥面坍塌 2008年2月，咸宁学院篮球馆被大雪压塌
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5.1.2 刚度要求：刚度，是指构件抵抗变形的能力。
第2篇 构件的强度、刚度和稳定性
第5章 基本知识与构件变形的基本形式 第6章 轴向拉伸和压缩 第7章 剪切与挤压 第8章 扭转 第9章 梁的内力 第10章 截面几何性质 第11章 梁的应力及强度计算 第12章 梁的变形 第13章 组合变形的强度条件 第14章 压杆稳定
1
第5章 基本知识与构件变形的基本形式
5
5.2 关于变形固体的概念
变形固体：在外力作用下形状和尺寸发生变化的固体。 弹性变形：指变形固体上的外力去掉后可消失的变形。 塑性变形：指变形固体上的外力去掉后不可消失的变形。
完全弹性体：指在外力作用下只有弹性变形的固体。 部分弹性体：指在外力作用下产生的变形由弹性变形和塑性
变形两部分组成的固体。 小变形：构件在荷载作用下产生的变形与构件本身尺寸相比
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6.1 轴向拉（压）杆横截面的内力、轴力图
轴向力：外力的作用线与杆的轴线重合。 轴向拉力（拉力）：使杆件伸长的轴向力。 轴向压力（压力）：使杆件缩短的轴向力。
ED
C
A
K GH
B
FFF
F 拉杆
F
F
压杆
F
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轴力 ：拉压杆横截面上的内力。 求解内力的方法——截面法
FA C
B FR
Fx 0
F
A 甲
得F N 21 kN (拉 力 ）
在第III段杆内，取左段为脱离体
FN3 ´ 1kN
3kN
F x 0 , 2 k N 3 k N 4 k N F N 3 0
得F N 2 3 k N (压 力 ）
+ -
在第III段杆内，若取右段为脱离体
3kN
FN33kN(压 力 ） 16
6.2 应力和应力集中的概念 6.2.1 截面上一点的应力
美国Tacoma大桥在风荷载作用下的变形 起重臂变形过大影响起重机正常工作
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5.1.3 稳定性要求：稳定性，是指细长受压构件保持直线平衡形式的能力。压杆失 去直线平衡形式称为失稳。
1881～1897年间，世界上有24座较大金属桁架结构桥梁发生整体破坏； 1907年，加拿大跨长548米的奎拜克大桥倒塌，研究发现是受压杆件失 稳引起的。
是很微小的。反之，称为大变形。 本章研究内容限于小变形范围。
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5.3 基本假设
连续、均匀假设 ：假设物体在其整个体积内毫无空隙地充满了物质， 且物体的性质各处都一样。
各向同性假设：假设材料沿不同方向具有相同的力学性能。若材料沿不 同方向具有不同力学性能，则称为各向异性材料。
弹性假设：假设作用于物体上的外力不超过某一限度时，可将物体看成 完全弹性体。
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2.剪切 F
F 在一对相距很近，大小相等、方向相反的横向外力作用下，杆件的横 截面将沿外力方向发生相对错动。
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3.扭转
Me Me
在一对大小相等、方向相反、位于垂直杆轴线的两平面内的力偶作用 下，杆的相邻两横截面绕轴线发生相对转动。
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4.弯曲
M
M
在一对大小相等、方向相反、位于杆的纵向平面内的力偶作用下，杆 将在纵向平面内发生弯曲。
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小结
➢ 基本任务 本篇研究对象是构件，研究的主要内容是构件的强度、刚度 和稳定性以及材料的力学性能。
➢ 关于变性固体 1）具有可变形性质的固体称为可变形固体。 2）变形固体上的外力去掉后可消失的变形叫弹性变形，变形固体上的 外力去掉后不可消失的变形叫塑性变形（残余变形）。 3）在外力作用下只有弹性变形的固体叫完全弹性体。而在外力作用下 产生的变形由弹性变形和塑性变形两部分组成的固体叫部分弹性体。
应力：截面上的内力的分布集度。
F C A
p
C
由此，C点的应力为
plimF dF A0 A dA
一点处应力的两个分量：
正应力 ：垂直于截面的分量；
切应力 ：与截面相切的分量。
应力单位：Pa, 1Pa = 1N/㎡ 常用单位：MPa, 1MPa= 106 Pa
GPa，1MPa= 109 Pa
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6.2.2 拉（压）杆横截面上的正应力
C
FN
FN' C' 乙
C
C'
B FR
FN F
1）用假想的垂直于轴线的截面沿所求内力处切开，将构件分为两部分。
2）取两部分中的任意部分为脱离体，用相应的内力代替另一部分对脱离 体的作用。
3）对脱离体建立静力平衡方程，求未知内力的大小。
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例6-1 一杆件所受外力经简化后，其计算简图如图所示，试求 各段截面上的轴力。
FA
C
B FR
FA
C FN
C 轴力： FN
正应力： FN A
证明: (1) 平面假设
（2） 纵向纤维伸长量相等
F
（3） 正应力在横截面均匀分布
l
F l l
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6.2.3 拉（压）杆斜截面上的应力
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➢ 基本假设 将构件视为连续、均匀、各向同性的可变形固体，且只研究 弹性阶段的小变形问题。
➢ 构件变形的基本形式 轴向拉伸或压缩、剪切、扭转、弯曲。 ➢ 应注意的问题 区分第一篇和第二篇的基本概念。
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第6章 轴向拉伸和压缩
6.1 轴向拉(压)杆横截面的内力、轴力图 6.2 应力和应力集中的概念 6.3 轴向拉(压)杆的强度计算 6.4 轴向拉(压)杆的变形计算 6.5 材料在拉伸、压缩时的力学性能 6.6 轴向拉压超静定问题 小结
总之，本篇把构件视为连续、均匀、各向同性的可变形固体，且只研究弹性阶 段的小变形问题。
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5.4 构件变形的基本形式 杆件 ：指长度远大于横向尺寸的构件，简称杆。
等截面的直杆简称为等直杆。 杆件变形的4种基本形式： 1.轴向拉伸或压缩
F
F
在一对方向相反、作用线与杆轴线重合的外力作用下，杆件将发生 长度的改变（伸长或缩短）
解：在第I段杆内，取左段为脱离体
2kN I 3kN
2kN
FN1
2kN
3kN
2kN
3kN
FN
-
2kN
II 4kN III 3kN
F x 0 , 2 k N F N 1 0
得F N 1 2 k N (压 力 ）
在第II段杆内，取左段为脱离体
FN2 4kN FN3
F x 0 , 2 k N 3 k N F N 2 0