材料力学 梁 弯曲位移
材料力学位移公式
材料力学位移公式材料力学中的位移公式，那可是个相当有趣且重要的家伙！咱先来说说啥是位移。
想象一下，你有一根长长的木棍，你给它施加了各种力，然后这根木棍的位置发生了变化，这个变化量就是位移啦。
在材料力学里，位移公式就像是一把神奇的钥匙，能帮我们解开很多结构变形的谜题。
比如说，梁的弯曲变形，柱的压缩伸长等等。
就拿梁来说吧，梁在受到外力作用时，会产生弯曲。
这时候我们就要用到位移公式来计算它的变形量。
这里面有个很关键的概念，叫挠度。
挠度就是梁在弯曲时，某个点沿着垂直方向的位移。
咱们来具体讲讲位移公式是咋来的。
这可不是一拍脑袋就想出来的，而是经过了无数科学家们的努力和研究。
他们通过做实验、观察、分析数据，一点点地总结归纳出来的。
我记得有一次，在给学生们讲解这个知识点的时候，有个特别调皮的小家伙，他眨巴着大眼睛问我：“老师，这公式有啥用啊，我们为啥要学它？”我笑了笑，然后拿起教室里的一把塑料直尺，把一端固定在桌子上，另一端用手往下压。
我问同学们：“你们看，这直尺发生了啥变化？”大家都七嘴八舌地说尺子弯了。
我接着说：“那如果这尺子是一座桥，我们得知道它能承受多大的压力，变形多少才不会出危险，这时候位移公式就派上用场啦！”再说个实际的例子，像我们生活中的大楼，那可都是用各种材料搭建起来的。
如果工程师们不懂得位移公式，不了解材料在受力时的变形情况，那这大楼盖起来可能就歪歪扭扭，甚至还会有倒塌的危险。
在学习位移公式的时候，可别死记硬背哦。
得理解它背后的物理意义，搞清楚每个变量代表的是什么。
比如说，公式里的力的大小、作用点、材料的弹性模量等等，这些都会影响位移的大小。
而且，位移公式不仅仅是在理论上重要，在实际工程中那更是用处多多。
比如设计桥梁的时候，要根据车流量、载重等计算桥梁的位移，确保桥梁在使用过程中的安全和稳定；在制造机械零件的时候，也要考虑零件在工作时的位移，保证零件的精度和可靠性。
总之，材料力学位移公式虽然看起来有点复杂，但只要我们用心去学，去理解，就能发现它的魅力所在，它能帮助我们解决很多实际问题，让我们的生活变得更加安全和美好。
工程力学---材料力学第七章-梁弯曲时位移计算与刚度设计经典例题及详解
P
B C
l 2 l 2
A
x
P 解：AC段：M ( x ) x 2 y P EIy x 2 A P 2 EIy x C x 4 l 2 P 3 EIy x Cx D 12
P
B C
l 2
x
由边界条件： x 0时，y 0
l 由对称条件： x 时，y 0 2
梁的转角方程和挠曲线方程分别为：
最大转角和最大挠度分别为：
11qa max A 1 x1 0 6 EI 19qa 4 ymax y2 x2 2 a 8EI
3
例5：图示变截面梁悬臂梁，试用积分法
求A端的挠度 P
I
2I
l
fA 解： AC段 0 x l
B
P 3 2 EIy x C2 x D2 6
由边界条件： x l时,y=0, =0
得：
C2
1 1 Pl 2 , D2 Pl 3 2 3
l x 时,yC左 =yC右 , C左 = C右 由连续条件： 2
5 3 2 C1 Pl , D1 Pl 3 16 16
由连续条件： x1 x2 a时, y1 y2 , y1 y2
由边界条件： x1 0时, y1 0
0 x 2 a 时 , y 由对称条件： 2 2
得 D1 0
C1 C2 得 D1 D2
11 3 得 C2 qa 6
qa 1 (11a 2 3 x12 ) 0 x1 a 6 EI q 2 [3ax2 2 ( x2 a)3 11a 3 a x2 2a 6 EI qa y1 (11a 2 x1 x13 ) 0 x1 a 6 EI q y2 [4ax23 ( x2 a) 4 44a 3 x2 ] a x2 2a 24 EI
孙训方《材料力学》(第6版)笔记和课后习题(含考研真题)详解-梁弯曲时的位移(圣才出品)
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ql3/6，D＝－ql4/24。
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故挠曲线方程和转角方程分别为：
w（x）＝qx2（x2＋6l2－4lx）/（24EI），θ（x）＝q（x3－3lx2＋3l2x）/（6EI）
则最大挠度 wmax＝w（x）|x＝l＝ql4/（8EI）；梁端转角 θB＝θ（x）| x＝l＝ql3/（6EI）。
表 5-1-4 叠加原理计算梁的挠度和转角
四、梁的刚度校核·提高梁的刚度的措施（见表 5-1-5）
表 5-1-5 梁的刚度校核及提高措施
3 / 41
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五、梁内的弯曲应变能 定义：由于梁弯曲变形而存储的能量称为梁内的弯曲应变能。梁在弹性变形过程中，其 弯曲应变能与作用在梁上的外力所作的功相等，常见梁内的弯曲应变能见表 5-1-6。
则最大挠度 wmax＝w（x）|x＝l＝Fl3/3EI；梁端转角 θB＝θ（x）| x＝l＝Fl2/2EI。
图 5-2-1（a）（b） （2）建立如图 5-2-1（b）所示坐标系。 首先列弯矩方程：M（x）＝－q（l－x）2/2，由此可得挠曲线近似方程： EIw″＝－M（x）＝q（l－x）2/2 积分得： EIw′＝－q（l－x）3/6＋C① EIw＝q（l－x）4/24＋Cx＋D② 该梁的边界条件：x＝0，w＝0，x＝0，w'＝0。代入式①、②可确定积分常数：C＝
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第 5 章 梁弯曲时的位移
5.1 复习笔记
梁在承受荷载时发生相应的变形，变形后轴线相对原位置将会发生位移、梁的截面将出 现转角，梁内会因变形存储能量。本章首先介绍梁的位移概念，并基于坐标系统建立挠曲线 方程；接着介绍求解梁的位移的方法，根据挠曲线近似微分方程积分和按叠加原理计算；再 介绍梁刚度校核以及提高梁刚度的方法；最后介绍梁弯曲应变能的概念及计算方法。
材料力学第五章梁弯曲时的位移
实例3 ：均布载荷
分析受均布载荷作用下梁的位移。
材料力学第五章梁弯曲时 的位移
在材料力学的第五章中，我们将学习有关梁在弯曲时的位移。掌握梁的基本 知识、位移方程和位移计算方法，以及梁的挠度与转角关系。
梁的基本知识
1 定义
梁是一种长条形结构，承受着沿其长度方向的外部力。
2 类型
常见的梁包括简支梁、悬臂梁和受力梁。
3 材料
梁可以由不同类型的材料制成，例如钢、木材或混凝土。
梁的位移方程
1 弯曲位移
2 挠度
3 转角
梁在弯曲时，沿梁的长度方 向发生位移。
挠度是梁的中点相对于其自 由状态的偏移量。
转角是指梁在弯曲时端部角 度的变化。
简支梁的位移计算方法
1
载荷和反力
计算简支梁上的载荷和反力分布。
2
弯矩方程
使用弯矩方程推导出简支梁的位移方程。
3
边界条件
应用适当的边界条件来解决位移方程中的未知量。
悬臂梁的位移计算方法
加载和支座反力
确定悬臂梁上的加载和支座反力。
弯曲力矩方程
通过推导弯曲力矩方程来解决悬臂 梁的位移问题。
解决边界条件
应用边界条件来计算悬臂梁的位移。
受力梁的位移计算方法
1
截面转动方程
2
推导出受力梁的截面转动方程。
3
确定力的分布
分析受力梁上的力分布，包括集中力和均布 力。
边界条件和位移方程
应用边界条件，求解受力梁的位移方程。ຫໍສະໝຸດ 梁的挠度与转角关系挠度
挠度是梁在弯曲时沿其长度方向上的位移。
转角
转角是梁在弯曲时端部偏离初始位置的角度。
关系公式
挠度和转角之间存在一定的关系，可以通过公式计算。
梁位移计算公式
梁位移计算公式梁的位移计算公式基于梁的受力平衡和材料力学的基本原理。
在这里，我们将讨论一维梁的位移计算方法，即假设梁只在一个平面内受力，并且假设梁的截面尺寸和材料性质均为均匀的。
我们需要确定梁的边界条件。
常见的边界条件有两种：固定边界条件和自由边界条件。
在固定边界条件下，梁的两端被固定，不允许有任何位移和旋转；而在自由边界条件下，梁的两端可以自由位移。
接下来，我们需要确定梁的受力情况。
通常，梁在两端受到外部荷载作用，这些荷载可以是集中力、均布力或者集中力和均布力的组合。
此外，梁还可能受到自重的影响。
在计算位移时，我们需要将这些荷载转化为梁上的内力分布。
针对不同的受力情况，我们可以使用不同的位移计算方法。
在本文中，我们将重点介绍三种常见的位移计算方法：拉梁法、剪梁法和挠梁法。
拉梁法是一种基于受力平衡的位移计算方法。
它假设梁的变形是由拉伸和压缩引起的，而不考虑剪切变形。
根据拉梁法，我们可以通过梁上任意一点的变形位移和受力来计算梁的位移。
剪梁法是一种基于受力平衡和材料切变变形的位移计算方法。
它假设梁的变形是由剪切引起的，并考虑了横截面的形状和材料的性质。
根据剪梁法，我们可以通过梁上任意一点的切变位移和受力来计算梁的位移。
挠梁法是一种基于弯曲变形的位移计算方法。
它假设梁的变形是由弯曲引起的，并考虑了横截面的形状和材料的性质。
根据挠梁法，我们可以通过梁上任意一点的弯曲位移和受力来计算梁的位移。
在实际应用中，我们可以将以上三种方法结合起来，综合考虑拉伸、压缩、剪切和弯曲等因素，来计算梁的位移。
此外，我们还可以使用计算机辅助工具，如有限元分析软件，来进行更精确和复杂的梁位移计算。
需要注意的是，梁的位移计算是一个复杂的过程，需要综合考虑各种因素和假设。
在实际工程中，我们应该根据具体情况选择适当的位移计算方法，并进行合理的假设和简化，以确保计算结果的准确性和可靠性。
通过以上的讨论，我们可以看到，梁的位移计算是一个重要且复杂的问题。
第五章 梁弯曲时的位移
李田军材料力学课件 10 第五章 梁弯曲时的位移
积分法求解梁位移的思路: 积分法求解梁位移的思路: 建立合适的坐标系; ① 建立合适的坐标系; 求弯矩方程M(x) ; ② 求弯矩方程 ③ 建立近似微分方程: EIw′′ = M ( x ) 建立近似微分方程: 根据本书的规定坐标系,取负号进行分析. 根据本书的规定坐标系,取负号进行分析. ④ 积分求
李田军材料力学课件 9 第五章 梁弯曲时的位移
积分法求梁的变形 对于等刚度梁, 对于等刚度梁,梁挠曲线的二阶微分方程可写为
Ely'' = M(x)
对此方程连续积分两次,可得 对此方程连续积分两次,
Ely' (x) = ∫ M(x)dx + c1 Ely(x) = ∫ M(x)dxdx + c1x + c2
最大转角,显然在支座处
Pab θA =θ (0) = (L + b) 6EIz Pab θB =θ (L) = (L + a) 6EI 6EIz
P a L y
C
b B x
a >b a <b
θmax =θB θmax =θA
A
从A→B, θ + → 中间必经过0
李田军材料力学课件
19
第五章
梁弯曲时的位移
第五章 梁弯曲时的位移
梁的位移——挠度及转角 §5.1 梁的位移 挠度及转角 §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
梁的最大位移计算公式
梁的最大位移计算公式梁的最大位移计算公式是用于计算梁在受力作用下发生的弯曲位移的公式。
梁是指在两个支点之间受力作用的一种结构。
梁的最大位移是指梁在受力作用下最大弯曲的位移值。
梁的位移计算涉及到材料力学和结构力学的知识，其中梁的形状、材料特性、受力情况等都会对最大位移的计算产生影响。
在计算梁的最大位移时，一般可以使用梁的弯曲理论来进行计算。
梁的弯曲理论可以通过假设梁是一根弯曲曲线的理论来进行推导。
根据弯曲理论，可以得到梁的最大位移计算公式。
δmax = (5 * Pl^4) / (384 * E * I)其中，δmax表示梁的最大位移；P表示梁上的受力值；l表示梁的长度；E表示梁所采用的材料的弹性模量；I表示梁的截面惯性矩。
这个公式是根据梁的弯曲理论推导得到的，可以用于计算梁在受力作用下的最大位移。
在使用这个公式进行计算时，需要知道梁的受力情况、几何形状和材料特性。
其中，受力情况包括梁上所受到的力和力的位置；几何形状包括梁的长度和截面形状；材料特性包括梁所采用的材料的弹性模量和截面惯性矩。
需要注意的是，这个公式是基于一些简化假设和梁的边界条件推导得到的，只适用于一些特定的情况。
在实际应用中，可能需要考虑更多的因素，如梁的支点、梁的侧向刚度、梁的动态响应等。
因此，在具体应用中需要根据实际情况，结合可能的简化假设和合适的分析方法进行位移计算。
总之，梁的最大位移计算公式用于计算梁在受力作用下的最大弯曲位移，其中涉及到梁的几何形状、受力情况和所采用的材料特性。
使用这个公式进行计算时，需要根据实际情况进行合理的简化和假设，并结合适当的分析方法来进行计算。
材料力学(土木类)第五章 梁弯曲时的位移(2)
3 3 3
利用叠加原理求图示弯曲刚度为EI的悬臂梁 例5-6 利用叠加原理求图示弯曲刚度为 的悬臂梁 自由端B截面的挠度和转角 截面的挠度和转角。 自由端 截面的挠度和转角。
F A l C EI l F D l B
原荷载可看成为图a和 两种荷载的叠加 两种荷载的叠加， 解：原荷载可看成为图 和 b两种荷载的叠加，对应 的变形和相关量如图所示。 的变形和相关量如图所示。
Fl θ C1 = 2 EI
2
3
由位移关系可得此时B截面的挠度和转角为： 由位移关系可得此时 截面的挠度和转角为： 截面的挠度和转角为
Fl 3 Fl 2 4 Fl 3 wB1 = wC1 + θ C1 ⋅ BC = + × 2l = 向下） （向下） 3EI 2 EI 3EI Fl θ B1 = θ C1 = 2 EI
q ( x) x 2 dθ B = dθ ( x) = dx 2 EI
范围对q(x)dx的作用进行叠加，相当于 的作用进行叠加， 在x=0, l范围对 范围对 的作用进行叠加 对上两式在前述范围内积分， 对上两式在前述范围内积分，即：
wB = ∫ d wB = ∫
0
l
l
0
11q 0 l q ( x ) x (3l − x ) dx = 6 EI 120 EI
上次课回顾： 上次课回顾：
1、度量梁变形的两个基本位移量：挠度和转角 度量梁变形的两个基本位移量： 2、挠曲线近似微分方程
EIw′′ = − M ( x )
3、挠曲线近似微分方程的积分 、
EIw ' ( x ) = ∫ ( − M ( x )) dx + C1
EIw ( x ) =
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D点的连续条件： x = a， 1' 2 ' 1 2
1 ( 0 x a)
2 (axl )
挠曲线方程
EI
1"
M1
F
b l
x
EI
2"
M
2
F
b l
x
F
(
x
a)
转角方程
EI
'
1
F b l
x2 2
C1
EI
2'
F
b l
x2 2
F
(
xa)2 2
D1
挠度方程
EI
1
F
b l
x3 6
C1 x
C2
EI
2
F
b l
式中：积分常数 C1 、C2 可通过梁挠曲线的 边界条件 和 变形 连续性条件 来确定。
1、边界条件
A
l A= 0
B
B= 0
A
A= 0
B
B= 0
在简支梁或外伸梁中， 铰支座处的挠度 都应等于零。
A 0 B 0
A
B
l A= 0 A= 0
在悬臂梁 中，固定端处的挠度 和转角 都应等于零。
A 0, A 0
F
(
xa)2 2
D1
挠度方程
EI
1
F
b l
x3 6
C1 x
C2
EI
2
F
b l
x3 6
F
(x 6
a)3
D1
x
D2
x = 0 ， 1 = 0
x = l ， 2= 0
再将边界条件代入方程可解得:
C2 D2 0
C1
D1
Fb 6l
(l 2
b2)
1 (0 x a)
1 1' Fb
2lEI
[1 (l2 b2) x2] 3
F
A
C
B
a
b
l
F
RA
RB
C
B
A
a
b
l
解: 梁的支反力为
RA
F
b l
RB
F
a l
x
RA
1
A
F
RB
C2 B
x
a
b
l
两段梁的弯矩方程分别为
M1
RA x
F
b l
x
(0 x a)
M2
F
b l
x
F(x
a)
(a x l)
两段梁的挠曲线方程分别为
1 ( 0 x a)
2 (axl )
挠曲线方程
EI
1"
1
Fbx 6lEI
l2 b2 x2
2 (a x l)
2 2' Fb
2lEI
l b
(
x
a)2
x2
1 3
(l
2
b2)
2 Fb
6lEI
l b
(
x
a)3
x3
(l
2
b2)
x
RA
1
A
F
RB
C2 B
a
2、连续性条件 在挠曲线的任一点上，有唯一的挠度和转角。
A
B
A
B
例题 ：图示一抗弯刚度为 EI的悬臂梁, 在自由端受一集中力 F 作用。试求梁的挠曲线方程和转角方程, 并确定其最大挠度 max 和 最大转角 max。
F
A
x
B
l
y
F
A x
l
x B
EI M (x)
y
解：弯矩方程为
M(x) F(l x)
x y
2、度量梁变形后横截面位移的两个基本量 （1）挠度（ ）: 横截面形心 C (即轴线上的点)在垂直于 x 轴 方向的线位移，称为该截面的挠度。
x
y
（2）转角（） ：横截面对其原来位置的角位移（横截面绕中性
轴的转动）, 称为该截面的转角。
y
x
挠曲线
（3）挠曲线 ：梁变形后的轴线 称为挠曲线 。
曲线向上凹 时 ： w'' < 0 , M > 0
M 与 w'' 的正负号正好相反，
所以 或
d 2w dx 2
M (x) EI z
M (x) w' '
EI z
w" M ( x) EI z
此式称为 梁的挠曲线近似微分方程式
近似原因 : (1) 略去了剪力的影响 ; (2) 略去了(w /)2 项。
x 0, ' 0
l
EI' EI
Flx Fx2 2
C1
EI
Flx 2 2
Fx3 6
C1
x
C2
A x
l
F
x B
边界条件为 :
x 0, 0 x 0, ' 0
y
将边界条件代入两式中： C1 = 0， C2 = 0
梁的转角方程和挠曲线方程分别为
' Flx Fx2
EI 2EI Flx2 Fx3
2EI 6EI
' Flx Fx2
EI 2EI
Flx 2 Fx3
2EI 6EI
A x
l
y
F
x B
max 及 max都发生在自由端截面处
F
A x
l
x B
y
max
|xl
Fl 2 EI
Fl 2 2EI
Fl2 2EI
max
|xl
Fl 3 3EI
（） （）
例题 ：图示一抗弯刚度为 EI的简支梁, 在 C点处受一集中力 F 的 作用。试求此梁的挠曲线方程和转角方程，并求其最大的挠度 和最大的转角。
梁的挠曲线近似微分方程
EI" M (x)
（二）、积分法计算梁的位移 上式积分一次得转角方程
EI EI ' M (x)dx C1
再积分一次, 得挠度方程
EI [ M (x)dx]dx C1x C2
EI EI ' M (x)dx C1
EI [ M (x)dx]dx C1x C2
由几何关系知, 一根平缓的曲线 = (x) ，其斜率 1/ (x) 近似地
等于 (x) 对于 x 的二阶导函数，即
1
( x)
d 2
dx2
o
x
M
M
y
M< 0
w" 0
o
M
x
M
y
M>0
w" 0
图 6—2
根据以上两式可得：
d 2w M (x) dx2 EIz
这就是梁的挠曲线的近似微分方程式。
曲线向下凹 时 : w'' > 0 , M < 0
挠曲线方程为 (x)
y
x
挠曲线
3、挠度与转角的关系
(x) (x)
二、梁的挠曲线近似微分方程式 （一）推导公式
纯弯曲时曲率与弯矩的关系为
1 M
EI z
横力弯曲时, M 和 都是 x 的函数 。略去剪力对梁的位移
的影响, 则
1 M(x)
( x) EI z
1 M(x)
( x) EI z
M
1
F
b l
x
EI
2"
M
2
F
b l
x
F
(x
a)
转角方程
EI
'
1
F
b l
x2 2
C1
EI
2'
F b x2 l2
F
(
xa)2 2
D1
挠度方程
EI
1
F
b l
x3 6
C1
x
C
2
EI
2
F
b l
x3 6
F
(
x 6
a)3
D1
x
D2
RA
1
A
F
RB
C2 B
a
b
l
边界条件：
x = 0 ， 1 = 0
x = l ， 2= 0
x3 6
F
(x 6
a)3
D1
x
D2
x = a， 1' 2 ' 1 2
先将连续条件代入方程可解得: C1 D1, C2 D2
1 ( 0 x a)
2 (axl )
挠曲线方程
EI
1"
M1
F
b l
x
EI
2"
M
2
F
b l
x
F
(
x
a)
转角方程
EI
'
1
F b l
x2 2
C1
EI
2'
F
b l
x2 2
挠曲线的近似微分方程为
EI'' M (x) Fl Fx
EI Fl Fx
对挠曲线近似微分方程进行积分
EI' EI
Flx Fx2 2
C1
EI
Flx2 2
Fx3 6
C1 xLeabharlann C2A xy
EI' EI
Flx Fx2 2
C1
EI
Flx 2 2
Fx3 6
C1
x
C2
F
x B
边界条件为 :
x 0, 0