材料力学工程应用实例分析
材料力学 第6章 连接件的实用计算
故销钉安全
6.2 连接件的实用计算
D
思考题
(1)销钉的剪切面面积 A
h
(2)销钉的挤压面面积 AbS
d
F
6.2 连接件的实用计算
D
挤压面
思考题
(1)销钉的剪切面面积 A
h
(2)销钉的挤压面面积 AbS
A = πdh
d
剪切面
π(D2 - d2)
F
Abs =
4
挤压面
6.2 连接件的实用计算
冲床的最大冲压力F=400kN，冲头材料的许用压应力[]=440MPa，钢板的
对错动。
F
5. 连接处的破坏形式
6.1 引言
一、基本概念和实例
5. 连接处的破坏形式
FS n
(1)剪切破坏 连接件沿剪切面的剪断
(2)挤压破坏 连接件与被连接件在
相互接触面上因挤压 挤压面
而使连接松动，发生 破坏。
(3)拉伸破坏 被连接件在受连接件 处削弱的截面处，应 力增大，易在连接处 拉断。
F n
挤压面和挤压力为：
F AQ
b
仰视图
Abs
Fbs
F ：切应力和挤压应力
τ Fs F 40 107 0.952MPa
AQ bh 12 35
F
σbs
=
Fbs Abs
=
F cb
=
40 ×107 4.5×12
=
7.4MPa
6.2 连接件的实用计算
例6-2 齿轮与轴由平键连接,已知轴的直径d=70mm， 键的尺寸为b×h×L=20
2. 工程实例
(1) 螺栓连接
可拆卸
M
特点：可传递一般力
材料力学位移法知识点总结
材料力学位移法知识点总结引言：材料力学是研究材料在受力作用下产生的变形和破坏行为的学科。
在材料力学中，位移法被广泛应用于计算和分析结构的变形和应力分布。
本文将对材料力学位移法的相关知识点进行总结，包括基本概念、计算公式以及应用实例。
一、位移、应变和应力的概念在材料力学中，位移是指物体或结构在受到外力作用下的位置变化。
应变是位移相对于初始长度或初始角度的相对变化。
应力是单位面积上作用的力。
位移、应变和应力是研究材料变形和破坏行为的基本概念，它们之间存在着紧密的联系。
二、材料力学的基本假设材料力学位移法基于一些基本假设，这些假设对于简化问题、计算结构的变形和应力分布起到重要作用。
其中包括：1. 小变形假设：在计算中，通常假设结构受力引起的变形是小变形，即初始长度的变化相对较小。
2. 线弹性假设：假设材料在受力情况下呈现线弹性行为，即应力与应变之间的关系为线性。
3. 静力平衡假设：假设结构处于静力平衡状态，即所有受力相互抵消，不会发生平动和转动。
三、材料力学的计算公式材料力学位移法通过一系列的计算公式来确定结构的变形和应力分布。
以下是常用的计算公式：1. Hooke定律：描述了弹性材料在小应变条件下的应力与应变之间的线性关系。
其表达式为：应力=弹性模量 ×应变。
2. 杨氏模量：杨氏模量是描述材料刚度的物理量，用来衡量材料在受力下的变形能力。
其计算公式为：杨氏模量=应力/应变。
3. 泊松比：泊松比是用来描述材料在受力作用下沿垂直方向的收缩能力。
其计算公式为：泊松比=横向应变/纵向应变。
四、材料力学位移法的应用实例材料力学位移法广泛应用于各种工程实践中，以下是一些常见的应用实例：1. 结构强度计算：通过应用位移法，可以计算结构受力下的变形和应力分布，以确定结构的强度和稳定性。
2. 桥梁工程：在桥梁设计中，位移法被用于计算桥梁在荷载作用下的变形和应力分布，以保证桥梁的稳定性和安全性。
3. 建筑结构分析：位移法可以用来分析建筑结构在地震等自然灾害情况下的变形和应力分布，以评估建筑的抗震性能。
材料力学在生活中的应用
材料力学理论在生活中的应用这篇论文选取了三个生活实例，运用材料力学所学的知识，通过受力分析，应力分析，强度校核回答了三个基本问题：铝合金封的廊子窗格是否可以无限高；千斤顶的承载重量是否可以任意大小和桥梁。
关键词材料力学拉压强度挠度剪切压杆稳定组合变形受力单元体铝合金千斤顶1．铝合金封的廊子窗格是否可以无限高图一铝合金门窗、廊子走在大街上，我们可以看到各式各样的廊子样式，可以看到大小不一的窗格布置，学了材料力学这门课程，我们不禁要提问了，窗格尺寸的极限是多么大才能保证支撑它的铝合金材料安全，不会变形？现在就将这个模型抽象出来，假设铝合金材料是空心铝管，厚度可以任意选择，屈服强度取σ，只受玻璃给的压力（设玻璃居中，由于给定一段铝合金，主要承载件是玻璃，而且玻璃的相对总质量远远大于承载的铝合金的质量），外力⁄（忽略玻璃的宽度），玻璃高度为是均匀分布力，设普通玻璃的密度是ρkg mmH，取长度a mm的铝合金材料，宽度为b mm，高为h mm，如图二所示：图二 玻璃安装示意图 该结构危险点在铝合金与玻璃接触处，并且中间部位有一定的挠度（只要有承载，就一定有挠度），当承载到一定极限时，挠度太大不满足装配要求了，或者承载到一定极限就会使铝合金破坏。
情形（一）：挠度w 不满足装配要求——将图二简化为图三(a)所示的力学简图，装配要求挠度值为[w]，只要w ≤[w]即可。
首先，做外力矩M F ，单位力力矩图M̅，如图三(b)所示。
图三 (a) 简化模型图三 (b) 弯矩图 运用图乘法可以求的w=12×b 2×ρH 4×23×14×2=b ρH 48，进而，b ρH 48≤[w]，可以满足装配要求。
如果给定了最大允许装配误差[w]，知道铝合金管的宽b ，还知道所使用的玻璃的密度ρ，那么H ≤48[w]b ρ，也就是玻璃不可能无限高，是有一个极限值的。
情形（二）：剪切破坏——因为玻璃是有一定的厚度的，设厚为δ在玻璃与铝合金接触的地方，有剪切力存在，考虑剪切面是矩形面，最大的剪切应力τ=32×F Q A ，力学简图如图四所示。
生活中的材料力学实例分析
生活中的材料力学实例分析材料力学是研究物质在外力作用下的变形和破坏规律的一门学科。
在日常生活中，我们经常会遇到一些与材料力学相关的实例。
下面我将选择一些实例进行分析。
第一个实例是日常生活中的弹簧。
弹簧是一种能够产生恢复力的材料形式，具有很广泛的应用。
例如，我们在家里的床、沙发和椅子上经常会使用到弹簧，它们能够提供一定的支撑力和舒适感。
当我们坐在弹簧床上时，床垫下的弹簧能够根据人体的重量产生弹性变形，支撑身体并增加舒适感。
这里的弹簧可以看作是一个弹性体，受到外力后能够产生弹性变形，并通过恢复力将变形恢复到原来的形态。
弹簧的力学性质等取决于其材料的选择和制作工艺，例如弹簧的刚度和耐久性。
第二个实例是汽车的车身结构。
汽车的车身是由各种不同的材料组成的，例如钢铁、铝合金和碳纤维等。
在汽车行驶过程中，车身需要承受各种不同的力，例如重力、碰撞力和风力等。
材料力学的理论和方法可以用来研究汽车车身的强度和刚度等机械性质。
通过对车身材料的选择和设计结构的优化，可以提高汽车的安全性和性能。
第三个实例是建筑物的结构设计。
建筑物的结构不仅要承受自身的重力，还要考虑外界风力、地震等因素对结构的影响。
材料力学的知识可以用来分析建筑物的受力和变形规律，以及选取合适的材料和设计结构来保证建筑物的安全性。
例如，在高楼大厦的设计中，需要考虑到强度、刚度和稳定性等因素，以确保建筑物能承受风力和地震等外界力所带来的挑战。
第四个实例是医疗器械的设计与使用。
医疗器械的设计与制造需要考虑材料的力学性能，以保证其在使用过程中的安全性和有效性。
例如，人工关节的设计需要考虑到骨骼的力学特性以及韧带和肌肉的作用力。
材料力学的理论和方法可以用来优化人工关节的形状和材料的选择，以实现更好的适应性和稳定性。
第五个实例是体育用品的设计与制造。
体育用品的设计需要考虑到材料的强度、刚度、耐磨性和韧性等特性，以满足运动员的需求。
例如，篮球的弹性和柔韧性对运动员击球的效果有很大影响，而击剑运动需要剑的刚度和耐弯曲性来确保安全。
材料力学：第三章 剪切
F 挤压面上应力分布也是复杂的
F
实用计算中，名义挤压应力公式
bs
Fbs Abs
Fbs
Fbs
Abs d
——挤压面的计算面积
挤压强度条件：
bs
Fbs Abs
bs
挤压强度条件同样可解三类问题 bs 常由实验方法确定
例: 已知： =2 mm，b =15 mm，d =4 mm，[ =100 MPa， [] bs =300 MPa，[ ]=160 MPa。 试求：[F]
第三章 剪 切
一. 剪切的概念和实例 二. 剪切的实用计算 三. 挤压的实用计算
一. 剪切的概念和实例 工程实际中用到各种各样的连接，如： 铆钉
销轴
平键 榫连接
(剪切)受力特点： 作用在构件两侧面上的外力合力大小相 等、方向相反且作用线相距很近。
变形特点： 构件沿两力作用线之间的某一截面产生相 对错动或错动趋势。
F F
剪切面上的内力 Fs （用截面法求）
实用计算中假设切应力在剪切
F
m m
面（m-m截面）上是均匀分布的 F
名义切应力计算公式：
F
m
m
FS
FS m
m
F
Fs
A
剪切强度条件：
Fs
A
——名义许用切应力
由实验方法确定
剪切强度条件同样可解三类问题
三. 挤压的实用计算
挤压力不是内力，而是外力
解： 1、剪切强度
4F πd 2
[
]
F πd 2[ ] 1.257 kN
4
2、挤压强度
bs
F
d
[ ]bs
F d[ ]bs 2.40KN
3、钢板拉伸强度 F
《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。
拉压,扭转,弯曲,剪勿的工程实例和生活中的实例,力学模型,力
3总结
通过文中变形案例的有限元数值模拟，以及课堂的实践，可以发现：动态演示直观展示了材料的变形过程，会帮助学生认识作用在杆件上的外力，以及由外力引起的变形，从而建立外力和变形的关系；通过对于力学参量的求解和展示，使得抽象的力学参量形象直观地呈现出来，加深对于基本力学概念的理解。同时，利用基本理论和计算方法进行理论求解，并与限元对变形模拟的数值解进行对比分析，加深了学生对于基本理论的理解和应用，拓宽了学习方法。这是本论文的探究目标所在。此外，将有限元数值模拟引入到力学课堂，对于变形进行数值模拟，还有许多工作可以进行，比如：文中以轴向拉压和压杆屈曲变形为案例，后续还应补充扭转、弯曲和组合变形等。
拉压,扭转,弯曲,剪勿的工程实例和生活中的实例,力构或构件的安全设计提供有效的理论知识和计算方法，内容以构件的基本力学变形方式为线索,包括拉伸压缩、扭转、弯曲、组合变形、细长杆压缩等，展开对于外力、变形、内力、应力、应变等基本力学参量的逐层介绍，进而深入理解各参量概念、物理意义、工程意义，并基于一定的强度、刚度、稳定性条件，通过对某些参量的计算，对工程结构或构件进行设计和校核。
1杆件轴向拉压变形案例
文中选取杆件基本的变形案例，采用ANSYS有限元数值模拟的方法，对变形的动态过程进行仿真。同时问题的理论解，以便于深入理解对力学基本概念、基本理论和计算方法。
材料力学梁弯曲理论在结构概念设计中的应用
材料力学梁弯曲理论在结构概念设计中的应用随着现代建筑的快速发展，材料力学梁弯曲理论在结构概念设计中的应用已成为建筑设计的常态。
建筑结构设计是建筑工程的核心和灵魂，它是建筑工程中最重要的部分之一。
因此，在进行建筑结构设计时，必须考虑材料力学梁弯曲理论的使用，以确保建筑结构的稳定性、耐久性和安全性。
一、梁弯曲的基本原理梁是建筑结构中广泛使用的一种构件类型。
在一定的载荷作用下，梁由于其本身结构的形状和材料的力学特性，发生了弯曲。
发生弯曲时，梁的一个面（称为拉应力面）发生拉伸，另一个面（称为压应力面）发生压缩。
弯曲梁的基本原理是通过将梁内部各部分的力学行为分析，确定梁的受力状态，进而确定梁的弯曲半径和变形量等参数。
梁弯曲的基本原理可以通过材料力学梁弯曲理论来描述，其中有两个主要的方程式：弯矩-曲率定理和梁的偏差方程。
弯矩-曲率定理描述了梁曲率与弯矩之间的关系。
梁曲率是指横截面曲率半径的倒数，而弯矩是指梁上某点处的剪力矩。
弯矩-曲率定理表明，在弯矩为常数的情况下，梁的曲率和弯曲角度成反比例关系。
梁的偏差方程描述了梁在弯曲过程中的变形情况，其中涉及梁上各点的弯曲角、横向位移和变形量等参数。
梁的偏差方程是一个重要的方程式，可以用于计算梁的自由挠曲形，并确定梁的初始状态和长期状态。
二、梁弯曲理论在结构概念设计中的应用材料力学梁弯曲理论在结构概念设计中的应用主要包括以下几个方面：1. 建筑结构的初步设计在建筑结构的初步设计中，需要确定建筑结构的几何形状和梁的布置方式。
根据梁的弯曲理论，可以对建筑结构的初步设计进行评估，确定建筑结构的最大载荷和最大变形量，并根据这些数据调整建筑结构的设计方案。
2. 梁的截面设计在梁的设计过程中，需要确定梁的截面积和断面形状。
根据梁弯曲理论，可以计算出梁在最大载荷下的弯曲应力和剪应力，从而确定梁的截面大小和形状。
3. 梁的选材梁的材料选择是建筑结构设计过程中的重要环节。
根据梁的弯曲理论，可以计算出不同材料的截面尺寸，在材料强度相同的情况下，可以选择强度更高的材料，以确保建筑结构的稳定性和安全性。
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锯床模型工程案例分析报告
刘
红
良
班级：卓越2班
学号：************ 2012年5月20日
工程案例分析大作业
试建立锯床锯架的力学分析模型。
如图设两个铰链之间的距离为L，主动轮和从从动轮的半径均为R，机构在工作时，锯条受到XC
F的切削阻力。
设锯床在未工作前，皮带上应加一个预紧力F₀，机构在工作时锯条左端皮带受力为F₁，右端受力为F₂，铰链两端对两轮的力均为F P 。
试求F₀与F₂之间的关系，以及F₂与F₁的关系。
解：在初始预紧力作用下，皮带伸长△l。
工作时，在F₁的作用下，皮带伸长△l1 ,在F₂作用下皮带伸长△l2，主动轮皮带伸长△l3。
∴△l=△l1+△l2+△l3①
△l=
01
F l
EA , △l1=
12
F l
EA , △l2=
23
F l
EA②
3 1
2L R
l=+∏1
2
2L
l=在机构工作时，进行受力分析有：
F ₂- F ₁=XC F ③
M=( F ₂- F ₁)R ④
对主动轮进行受力分析，
d θ取 为圆心角对应的弧段：
f dF +()T θ=()T θ+()dT θ
∵
f dF =()N F θ×f =()T θ·()D θ·f
∴()T θ·f ()d θ=()dT θ
即f ()d θ= ()
()dT T θθ
F xc
∴1f ln ()T C θθ=+
∴()T θ=2f C e
θ
⑥
∵(0)T =F 2 ∴
2C = F 2
21()f T F e F ∏∏==⑧
由③⑧得F 2=1XC
F f e
∏
-
1=
1XC f F e F f e
∏∏- 20
()f F e R
T d EA
θθθ∏
∏∆=⎰
=
2f ()(1)F R T e EAF
θ∏
∏∆=-
= ∆l 3 ⑦
将
②
⑦
代
入
③
中
得
F =
()f f 3122
f 122XC f L R e L R e F e L R
θ
∏∏∏⎛⎫+∏++- ⎪⎝⎭-+∏
这样就求出了初始预紧力，以及1F 2F 的关系及大小。