第8章 杆件结构的内力及计算


试作此梁的的剪力图和弯矩图。
解 求梁的支反力
FA
Me
FB
FA
Me l
F
B
M l
e
A
C
B
将坐标原点取在梁的左端.
a
b
因为梁上没有横向外力,所以
l
全梁只有一个剪力方程
FS ( x)
Me l
(0 x l) (1)
AC 段和 BC 段的弯矩方程不同
Me FA
FB
AC段
A
C
B
M ( x) m x (0 x a) (2)
8.2.2 梁的内力方程和内力图
设用坐标 x 表示横截面的位置,则梁各横截面上的剪力和 弯矩可以表示为坐标 x 的函数,即
FS FS ( x )
M M(x)
上述关系式分别称为剪力方程和弯矩方程。
绘图时通常将正值的剪力画在 x 轴的上侧,负值的剪力 画在 x 轴的下侧。弯矩画在梁的受拉一侧,即正值的弯矩 画在 x 轴的下侧,负值的弯矩画在 x 轴的上侧。
(1)
FS
(
x
)
Fa l
(a x l)
(3)
FA A
a x
F C
b
FB B
由(1),(3)两式可知,AC,CB 两
x
段梁的剪力图各是一条平行于 x 轴
l
的直线.
Fb l
+
Fa l
M ( x) Fb x (0 x a) (2) l
M ( x) Fa (l x) (a x l) (4) l
受拉压)时,横截面m-m 上的弯矩为负
-
3、轴力符号
当dx 微段受拉时为正,受压为负
m (受拉)
m
m (受压)
8.1.2 截面法求内力
FN=F
步骤: (1)假想地截开指定截面; (2)用内力代替另一部分对所取分离体的作用力; (3)根据分离体的平衡求出内力值。
例:如图已知F,a,l,求 距A端x处截面上内力。
解:为求内力,首先求出支座反力
Fx 0, FA 0
mA
0,
FB
Fa l
Fy
0 , FA
F (l l
a)
FA A FA
F B
FB
Fy 0 ,
Fs
FA
F (l l
a)
MC 0 , M FA x
m FA A
FA
m
x
FS M
C FA
M C
FS
F B
FB
F FB
8.2 内力方程与内力图
a
b
l
x
x
CB段
l
M ( x) m x m m (l x) (a x l) (3)
l
l
FS ( x)
Me l
(0 x l)
(1)
FA
Me
FB
A
C
B
由(1)式可见,整个梁的剪力图
a
b
是一条平行于 x 轴的直线.梁的
l
任一横截面上的剪力为
FS
Me l
Me
l
绘出梁的剪力图
+
M (x) Me x (0 x a) (2)
FA
Me
FB
l
M (x)
Me l
x Me
Me l
(l
x)
(a x l) (3)
A
C
B
a
b
x
l
AC,CB 两梁段的弯矩图各是一条倾斜直线.
M eb
AC段 x = 0 , M 0
l
CB段
x=a, x=a ,
M C左
Mea l
M
C右
M eb l
+
Mea l
x= l , M = 0
梁上集中力偶作用处左、右两侧横截 FA
(0 x a)
(1)
a
b
x
M ( x) Fb x (0 x a) (2)
x
l
l
CB段
FS ( x)
Fb l
F
F(l l
b)
Fa l
(a x l)
(3)
M ( x) Fb x F ( x a) Fa (l x) (a x l) (4)
l
l
FS ( x)
Fb l
(0 x a)
Me
FB
面上的弯矩值(图)发生突变,其突变 A
C
B
值等于集中力偶矩的数值.此处剪力
a
b
l
图没有变化.
Me
l
+
M eb l
+ Mea
l
例8-5 图示的简支梁,在全梁上受集度为q的均布荷载用。试
作此梁的的剪力图和弯矩图。
q
解 (1) 求支反力
A
B
FA
FBql 2xFAlFB
(2)列剪力方程和弯矩方程.
m
B
ml
其内部各部分之间因相对位置改
x
变而引起的相互作用力的改变量。
如图, 距A端x处截面上内力有
剪力FS 、 弯矩M 、轴力FN,对 FA 于梁,一般不考虑轴力的影响。
FS
C
FN
M
M
F
FN
C
FS
FB
内力的符号规定 1、剪力符号
+m FS
使dx 微段有 左端向上而右端向下的相对错
FS
动时,横截面m-m 上的剪力为正。或使dx微
m
段有顺时针转动趋势的剪力为正。
dx
-m
使dx微段有左端向下而右端向上的相对错 FS 动时,横截面m-m上的剪力为负.或使dx微段
有逆时针转动趋势的剪力为负.
m dx
2、弯矩符号
+ Mm
M
当dx 微段的弯曲下凸(即该段的下半部 受拉 )时,横截面m-m 上的弯矩为正;
当dx 微段的弯曲上凸(即该段的下半部
第8章 杆件结构的内力及计算
8.1 杆件的内力及计算 8.2 内力方程与内力图 8.3 用叠加法作剪力图和弯矩图 8.4 静定梁 8.5 静定平面刚架 8.6 静定拱 8.7 静定平面桁架
8.1 杆件的内力及计算
8.1.1 杆件的内力
建筑力学中所要讨论的内力 A 是指杆件受到外力作用而变形时,
a
F
8.2.1 轴力与轴力图 (F1=F,F2=2F)
FR F2 F1 F
AB 段:FN1 F
内力方程
BC 段:FN2 F 0 FN2 F
内力方程
要点:逐段分析轴力;设正法求轴力
FN1 F
FN2 F
以横坐标 x 表示横截面位置,以纵坐标 FN 表示轴力,绘制轴力沿杆轴的变化曲线。
表示轴力沿杆轴变化情况的图 线(即 FN-x 图 ),称为轴力图
例8-3 图示的简支梁在C点处受集中荷载 F作用。
试作此梁的剪力图和弯矩图.
解 (1)求梁的支反力
FA
F
FB
FA
Fb l
FB
Fa l
A
C
B
a
b
l 因为AC段和CB段的内力方程不同,
所以必须分段写剪力方程和弯矩方程.
将坐标原点取在梁的左端
将坐标原点取在梁的左端
FA
F
FB
AC段
A
C
B
FS (
x)
Fb l
FS (
x)
RA
qx
ql 2
qx
(0 x l)
M
(
x)
RA x
qx
x 2
qlx 2
qx2 2
(0 x l)
q
FS ( x)
ql 2
qx
(0 x l)
A
剪力图为一倾斜直线。
x
FA
由(2),(4)式可知,AC,CB 两段梁的弯矩图各是一条斜 直线.
FA
F
FB
A
C
B
a
b
x
x
l
+
Fba
l
FA
F
FB
在集中荷载作用处的左,右 两
侧截面上剪力值(图)有突变 。
A
C
a
b
B
突变 值等于集中荷载F。弯矩
x x
图形成尖角,该处弯矩值最大。
l
Fb l
+
Fa l
+
Fba
l
例8-4 图示的简支梁在 C点处受矩为Me的集中力偶作用。
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杆件的内力分析与内力图

杆件的内力分析与内力图

F M
y
0 0
C
F l a FS FA l F l a M FA x x l
由其右边分离体的平衡条件同样可得 a FA m F 0

F
y
FB B
FS F FB 0 F l a FS F FB l
A y FA
x
m
m M 切向应力的合力, C A 称为剪力 x m FS x FS m MC 0 M C m M F a x FB l x 0
1 1 FN1
60kN
2
A
30kN
B
x
FN2
2
C
60kN
解:1、计算杆件各段的轴力。 AB 段
X 0
BC 段
FN1 30 0
FN1=30kN
1 30kN
2
X 0
FN2 60 0
FN2= 60kN
+
FN图
2、绘制轴力图。

60kN
| FN |max=60 kN
第三节 扭转和扭矩图
x
Fab l
由剪力、弯矩图知: 在集中力作用点,弯 矩图发生转折,剪力 图发生突变,其突变 值等于集中力的大小, 从左向右作图,突变 方向沿集中力作用的 方向。
Fa l
x
M
三. 弯矩、剪力与分布荷载集度之间的关系及其应用
y O m m x q(x) n n dx F Me x M ( x) m FS(x) m n M(x)+dM(x) C n FS(x)+dFS(x)
1分钟me作功
W ' M e M e (2n 1) 2nMe

杆件与结构的内力计算

杆件与结构的内力计算

FS F Fl
| FS |max F | M |max Fl
M
例题 图示简支梁受均布荷载q的作用,作该梁的剪 力图和弯矩图。
q
A
解: 1、求支反力
B
x
FA
由对称性知: FA FB ql 2
l
FB
ql / 2
2、建立剪力方程和弯矩方程
ql FS ( x) FA qx 2 qx qx2 qLx qx2 M ( x) F x A 2 2 2
M /l
FS
Mb/ l
M
Ma / l
试确定截面C及截面D上的剪力和弯矩
FA
A
2Fl
C D
F
B
FCs F
FCs F
MC Fl
MC Fl
l
l
FCs
MA FA
A
MC 2Fl Fl 0
l
C
MC
MA
FCs
2Fl
MC
C D
FDs F
F
B
MD 0
l
FDs
MD
F
D

B
弯曲内力
FS ( x) FS ( x) dFS ( x) q( x) dx 0
dFS ( x ) q( x ) dx
d2 M ( x) dx
2
q( x )
目录
这些式子的几何意义是: 1、剪力图上某点处切线斜率等于该点处的横向荷载集度, 但符号相反; 2、弯矩图上某点处切线斜率等于该点处的剪力。
A
x
M
a
C
B b
FA
M M ; FB l l

结构力学上第8章 位移法

结构力学上第8章 位移法

(非独立角位移) l FQBA
M AB M BA
F 3i A 3i M AB l 0
3、一端固 FQAB
A
B1
B
l
F M AB i A i B M AB F M BA i A i B M BA
(非独立线位移)
q B EI C L
Z1
q B
EI C
Z2 4i
Z1=1
EI A 原结构
L
=
Z2=1
EI A qL2 8 基本体系
=
3i
M1图×Z1 2i
+
6EI L2 6EI M2图×Z2 L2
+
qL2 8 MP图
在M1、M2、MP三个 图中的附加刚臂和链杆 中一定有约束反力产生, 而三个图中的反力加起 来应等于零。
M
q
应用以上三组转角位移方程,即可求出三种基本的单跨超 静定梁的杆端弯矩表达式,汇总如下:
F 1)两端固定梁 M AB 4i A 2i B 6i M AB
M BA
l F 2i A 4i B 6i M BA l
2)一端固定另一端铰支梁
F M AB 3i A 3i M AB l M BA 0 3)一端固定另一端定向支承梁 F M AB i A i B M AB
3
2
1
结点转角的数目:7个
独立结点线位移的数目:3个
D
E
A
B
C
C
D
刚架结构,有两个刚结点D、E, 故有两个角位移,结点线位移由铰 结体系来判断,W=3×4-2×6=0, 铰结体系几何不变,无结点线位移。
A
B

杆件受力分析杆件的内力计算和受力平衡

杆件受力分析杆件的内力计算和受力平衡

杆件受力分析杆件的内力计算和受力平衡杆件受力分析是工程力学中一个重要的内容,能够帮助我们了解和计算杆件内力以及保证杆件的受力平衡。

本文将介绍杆件受力分析的基本概念和计算方法,并根据实际例子进行说明和分析。

一、杆件受力分析概述杆件,指的是工程结构中的长条形构件,常用于支撑和传递力量。

在实际应用中,杆件往往会受到多方向的力的作用,因此需要进行受力分析,计算出杆件内部的力,以保证其受力平衡。

在进行杆件受力分析时,我们需要明确以下几个概念:1. 受力点:指的是外力作用到杆件上的点,也是进行受力分析的起点。

2. 内力:指的是杆件内部存在的力,可以是拉力或压力。

3. 受力平衡:指的是杆件上所有受力的合力和合力矩为零的状态,保证了杆件受力的平衡。

二、杆件内力计算方法1. 自由体图法:自由体图法是杆件受力分析的基本方法,通过将杆件与外界切割开来,分析切割面上的受力情况,进而计算出杆件内力。

过程:选择合适的切割面,画出自由体图,分析受力平衡条件,解方程计算内力。

2. 杆件法:杆件法是将整个杆件视为一个整体,通过利用杆件的几何关系和受力条件进行计算。

过程:根据杆件的几何形状和受力情况,建立方程组求解。

三、杆件受力分析实例为了更好地理解和应用杆件受力分析的方法,下面以一个实际例子进行说明:假设有一根长度为L的杆件,一端固定在墙上,另一端悬挂一个质量为m的物体。

我们需要计算杆件的内力以及保证受力平衡。

首先,我们选择杆件的中点作为切割面,并画出自由体图。

根据受力平衡条件,我们可以得出以下方程:∑Fx = 0: T - F = 0 (水平方向受力平衡)∑Fy = 0: N - mg = 0 (竖直方向受力平衡)其中,T代表杆件的张力,F代表杆件所受悬挂物体的重力,N代表杆件与墙壁接触点的支撑力,g代表重力加速度。

通过解以上方程组,我们可以计算出T和N的数值,进而得到杆件内部的力。

根据实际情况,可以通过杆件截面积和材料的力学性质,计算出杆件的应力和变形情况。

工程力学第八章

工程力学第八章

l-试验段原长(标距) -试验段原长(标距) ∆l0-试验段残余变形
28
断面收缩率
A A − 1 100 × 00 ψ= A
A -试验段横截面原面积 A1-断口的横截面面积 塑性与脆性材料 塑性材料: δ ≥ 5 % 例如结构钢与硬铝等 塑性材料: 脆性材料: δ <5 % 例如灰口铸铁与陶瓷等 脆性材料: 5
第8章 轴向拉伸与压缩
本章主要研究: :
拉压杆的内力、应力与强度计算 材料在拉伸与压缩时的力学性能 轴向拉压变形分析 简单拉压静不定问题分析 连接部分的强度计算
1
§1 引 言
轴向拉压实例 轴向拉压实例 轴向拉压及其特点 轴向拉压及其特点
2
轴向拉压实例 轴向拉压实例
3
轴向拉压及其特点
外力特征:外力或其合力作用线沿杆件轴线 : 变形特征:轴向伸长或缩短,轴线仍为直线 :轴向伸长或缩短, 轴向拉压: 以轴向伸长或缩短为主要特征的变形形式 : 拉 压 杆: 以轴向拉压为主要变形的杆件 :
37
应力集中对构件强度的影响
对于脆性材料构件, 对于脆性材料构件,当 σmax=σb 时,构件断裂
对于塑性材料构件, 后再增加载荷, 对于塑性材料构件,当σmax达到σs 后再增加载荷, σ 分布趋于均匀化,不影响构件静强度 分布趋于均匀化, 应力集中促使疲劳裂纹的形成与扩展, 对构件( 应力集中促使疲劳裂纹的形成与扩展 对构件(塑 性与脆性材料) 性与脆性材料)的疲劳强度影响极大
33
应力集中与应力集中因数
应力集中
由于截面急剧变化引起应力局部增大现象-应力集中 由于截面急剧变化引起应力局部增大现象-
34
应力集中因数
σmax K= σn

杆系结构的内力计算—杆件的基本变形及内力的概念

杆系结构的内力计算—杆件的基本变形及内力的概念

F
F
轴向压缩
变形特点概化图
a
轴线
d
l
a
横截面形状
轴向拉伸

F
F
lʹ > l


dʹ < d
aʹ < a
轴向伸长
横向收缩
a
轴线
d
a
横截面形状
l
轴向压缩

F
F
lʹ < l

dʹ > d

aʹ > a
轴向变形杆的内力分析


1添加标题
1.内力的基本概念
10
CD段
x
෍ =
2、绘制轴力图。
= =
讨论题
1.图示阶梯杆AD受三个集中力F作用,设AB、BC、
CD段的横截面面积分别为A、2A、3A,则三段杆的横
截面上轴力值分别是
,如果把三段杆换成等值
杆,则各横截面上轴力值分别是

D
C
B
A
F
F
C
B
A
F
F
F
F
D
杆件的基本变形


1
刚体与变形体
2
杆件的基本变形
添加标题
1.刚体与变形体
刚体
变形固体
忽略物体变形
回归实际情况
外力系的合成
与平衡问题
材料强度、刚度与
稳定性的问题

简支梁
1、变形固体的概念
通常将在外力作用下能产生一定变形的固体称为变形固体。
变形固体的变形按其性质可分为两种:
一是弹性变形,即外力解除后,变形也随之消失;

杆件的轴向拉压变形及具体强度计算


根据强度条件,可以解决三类强度计算问题
1、强度校核:
max
FN A

2、设计截面:
A

FN

3、确定许可载荷: FN A
目录
拉压杆的强度条件
例题3-3
F
F=1000kN,b=25mm,h=90mm,α=200 。
〔σ〕=120MPa。试校核斜杆的强度。
解:1、研究节点A的平衡,计算轴力。
目录
——横截面上的应力
目录
FN
A
——横截面上的应力
该式为横截面上的正应力σ计 算公式。正应力σ和轴力FN同号。 即拉应力为正,压应力为负。
根据杆件变形的平面假设和材料均匀连续性假设 可推断:轴力在横截面上的分布是均匀的,且方向垂 直于横截面。所以,横截面的正应力σ计算公式为:
目录
• 拉(压)杆横截面上的应力
FN 2 45° B
F
FN1 28.3kN FN 2 20kN
2、计算各杆件的应力。
B
1

FN1 A1


28.3103 202 106

4
F
90106 Pa 90MPa
x
2

FN 2 A2

20103 152 106

89106 Pa 89MPa
目录
三、材料在拉伸和压缩时的力学性质
教学目标:1.拉伸、压缩试验简介; 2.应力-应变曲线分析; 3.低碳钢与铸铁的拉、压的力学性质; 4.试件的伸长率、断面收缩率计算。
教学重点:1.应力-应变曲线分析; 2.材料拉、压时的力学性质。
教学难点:应力-应变曲线分析。 小 结: 塑性材料与脆性材料拉伸时的应力-应变曲线分析。 作 业: 复习教材相关内容。

9第八章 杆件变形分析与刚度


2, 由强度条件可得: 由强度条件可得:
由刚度条件可得: 由刚度条件可得:
所以,空心轴的外径应不小于 所以,空心轴的外径应不小于147mm. .
8.5.2 杆件的刚度设计 从挠曲线的近似微分方程及其积分可以看出, 从挠曲线的近似微分方程及其积分可以看出, 弯曲变形与弯矩大小,跨度长短,支座条件, 弯曲变形与弯矩大小,跨度长短,支座条件,梁 有关. 截面的惯性矩 ,材料的弹性模量 有关.故提高 梁刚度的措施为: 梁刚度的措施为: 1) 改善结构受力形式,减小弯矩 ; 改善结构受力形式, 2) 增加支承,减小跨度 ; 增加支承, 3) 选用合适的材料,增加弹性模量 .但因各 选用合适的材料, 种钢材的弹性模量基本相同, 种钢材的弹性模量基本相同,所以为 提高梁的刚 度而采用高强度钢,效果并不显著; 度而采用高强度钢,效果并不显著; 4) 选择合理的截面形状,提高惯性矩 ,如工字形 形状,
4,由于实际无变形,所以: ,由于实际无变形,所以:
解得: 解得:
已知α=30.,杆长 杆长L=2m,直径 直径d=25mm, 【例8.3 】已知 直径 , E=210GPa,P=100kN,求节点 的位移. 求节点A的位移 , 求节点 的位移.
【解】
§8.2 圆轴的扭转变形
圆截面直杆在扭转时,小变形情况下, 圆截面直杆在扭转时,小变形情况下,可认为各 横截面之间的距离保持不变,仅绕轴线作相对转动, 横截面之间的距离保持不变 , 仅绕轴线作相对转动 , 表示. 两横截面间相对转过的角度称为 扭转角 , 用 φ表示 . 表示 取一微段dx研究,设徽段d 的相对扭转角为dφ, 取一微段 x研究,设徽段dx的相对扭转角为 ,沿 轴线方向的变化率为dφ/dx . 在线弹性范围内 , 由 轴线方向的变化率为 x 在线弹性范围内, 5-22) 式(5-22)可知 :

工程力学第8章 变形及刚度计算

第8章 变形及刚度计算
结构构件在满足强度要求条件下,若其变形过大, 会影响正常使用。本章将学习杆件的变 形及刚度计算。
1
8.1 轴向拉压杆的变形
杆件在发生轴向拉伸或轴向压缩变形时,其纵向尺 寸和横向尺寸一般都会发生改变,现分别予以讨论。 8.1.1 轴向变形 图8.1所示一等直圆杆,变形前原长为l,横向直径 为d;变形后长度为l′,横向直径为d′,则称
8.8 题8.8图所示一直径为d的圆轴,长度为l,A端 固定,B端自由,在长度方向受分布力偶m 作用发生扭 转变形。已知材料的切变模量为G,试求B端的转角。
56
8.9 某传动轴,转速 n=150 r/min,传递的功率 P =60 kW,材料的切变模量为 G =80GPa,轴的单位长度 许用扭转角[θ]=0.5(°)/m,试设计轴的直径。
30
例 8.9 简支梁受力如图 8.11所示
31
8.4 简单超静定问题
8.4.1 超静定问题的概念 前面几章所研究的杆或杆系结构,其支座反力和内 力仅仅用静力平衡条件即可全部求解出来,这类问题称 为静定问题(staticallydeterminateproblem)。例如,图 8.12所示各结构皆为静定问题。在工程实际中,有时为 了提高强度或控制位移,常常采取增加约束的方式,使 静定问题变成了超静定问题或静不定问题 (staticallyindeterminateproblem)。超静定问题的特点 是,独立未知力的数目大于有效静力平衡方程式的数目, 仅仅利用静力平衡条件不能求出全部的支座反力和内力。
52
8.5 高为l的圆截面锥形杆直立于地面上,如题8.5图 所示。已知材料的重度γ和弹性模量E,试求杆在自重作 用下的轴向变形Δl。
53
54

第八章 -结构力学


二、结构位移计算的一般公式
由叠加原理:
i
总位移⊿=叠加每个微段变形在该点(A)处引起的微小
i
位移d⊿
d (M N Q )ds
l
如果结构由多个杆件组成,则整个结构变形引起某点
的位移为: (M N Q )ds
l
若结构的支座还有给定位移,则总的位移为:
( M N Q )ds Rkck (9-6)
虚功方程:
1 m M d 0
m M d
例3、悬臂梁在截面B处由于某种原因产生相对
剪位移d,试求A点在i-i方向的位移 Q。
B
d
B
解:①、在B截面处加
i
机构如图(将实际位移状态
A
Q
明确地表示为刚体体系的位 移状态)。
i
②、A点加单位荷载 FP=1,在铰B处虚设一对剪
A
Q
力Q(为保持平衡)
Q 1sin
➢ ① NP, QP , MP是荷载作用下,结构各截面上
的轴力,剪力,弯矩。注意这是在实际状态下的
内力。
➢ ②E,G材料的弹性模量和剪切弹性模量。
➢ ③A,I杆件截面的面积和惯性矩。
➢ ④EA,GA , EI杆件截面的抗拉,抗剪,抗弯
1、广义力与广义位移
作功的两方面因素:力、位移。
与力有关的因素,称为广义力S。
与位移有关的因素,称为广义位移Δ。 广义力与广义位移的关系是:它们的乘积是虚功。
即:W=PΔ
1)广义力是单个力,则广义位移是沿此力作用线 方向的线位移。 2)广义力是一个力偶,则广义位移是它所作用的 截面的转角β,即角位移。
mA
Δ A
B
P
Bm B
2、虚功
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