第4节 梁的刚度条件和提高弯曲刚度的措施

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提高弯曲梁强度和刚度的措施

提高弯曲梁强度和刚度的措施

提高弯曲梁强度和刚度的措施弯曲梁的定义和应用领域弯曲梁是一种常见的结构元素,用于承受外部荷载时发生弯曲变形。

在工程领域中,弯曲梁广泛应用于桥梁、建筑、机械设备等结构的设计和制造中。

提高弯曲梁的强度和刚度可以增加结构的安全性,并且有助于减小结构的变形,以满足设计要求。

弯曲梁强度的提高措施1. 材料的选择与设计优化弯曲梁的强度受到材料的影响,选择高强度、耐腐蚀、高韧性的材料能够提高梁的强度。

同时,在设计过程中应考虑梁的断面形状和尺寸,通过施加适当的曲率和截面形状,进一步提高梁的强度。

2. 加强梁的支撑与约束加强梁的支撑和约束可以防止梁在受力时发生过度变形和破坏。

可以采用增加支撑点、加固梁支座、增加截面板厚度等措施,提高梁的承载力和抗弯性能。

3. 增加横向加劲与剪力连接横向加劲和剪力连接可以增加梁的刚度和稳定性,有效降低梁受力时的挠度和变形。

通过在梁的截面处加设剪力墙、剪力板、横向加劲肋等,可以提高梁的弯曲承载能力。

4. 使用预应力或钢筋混凝土结构预应力或钢筋混凝土结构具有良好的抗弯性能和刚度,通常能够提供较高的弯曲梁强度。

预应力技术通过施加预先拉应力,抵抗弯曲梁受力时的拉应力,提高梁的抗弯能力。

弯曲梁刚度的提高措施1. 增加梁的截面面积和高度增加梁的截面面积和高度可以提高梁的刚度,减小梁在受力时的挠度和变形。

可以通过增加梁的宽度、高度或采用变截面结构,来增加梁的刚度。

2. 加强梁的约束与支撑加强梁的约束和支撑可以增加梁的刚度和稳定性。

可以采用增加支撑点、加固梁支座、增加截面板厚度等措施,提高梁的刚度和抗弯性能。

3. 使用高强度材料选择高强度材料可以提高梁的刚度,增加梁的抗弯能力。

在设计过程中应考虑使用高强度钢材或纤维增强复合材料等材料,以增加梁的刚度和强度。

4. 增加剪力连接与加劲措施剪力连接和加劲措施可以增加梁的刚度和稳定性,减小挠度和变形。

通过在梁的截面处加设剪力墙、剪力板、横向加劲肋等,可以提高梁的刚度和弯曲承载能力。

梁弯曲的强度条件和刚度条件及应用

梁弯曲的强度条件和刚度条件及应用

范中查到。
在梁的设计计算中,通常是根据强度条件确定截面尺寸,然
后用刚度条件进行校核。具体过程参看下面例题。
工程力学
梁弯曲的强度条件和刚度条件及应用
(1)小跨度梁或荷载作用在支座附近的梁。此时梁的Mm ax可能较小而FSmax较大。
(2)焊接的组合截面(如工字形)钢梁。当梁截面的腹板厚 度与高度之比小于型钢截面的相应比值时,横截面上可能产 生较大的切应力τmax。
(3)木梁。木梁在顺纹方向的抗剪能力差,可能沿中性层 发生剪切破坏。
梁弯曲的强度条件和刚度条件及应用
2. 强度条件的应用 【例8-6】
梁弯曲的强度条件和刚度条件及应用
(2)内力分析。绘制内力图如图8-27(b)和(c)所示, 确定最大剪力、弯矩为
FSmax=60 kN,Mmax=18 kN·m (3)根据正应力强度条件选择截面。由式(8-26)得
查附录型钢表,可选用16号工字钢,其抗弯截面系数 Wz=141 cm3,高h=16 cm,腿厚t=9.9 mm,腹板厚b1= 6 mm。
梁弯曲的强度条件和刚度条件及应用
图8-27
梁弯曲的强度条件和刚度条件及应用
1.2 弯曲梁的刚度条件
梁除满足强度条件外,还应满足刚度要求。根据工程实际的
需要,梁的最大挠度和最大(或指定截面的)转角应不超过某一规
定值,由此梁的刚度条件为
ymax≤y
(8-28)
θmax≤θ
(8-29)
式中,许可挠度y和许可转角θ的大小可在工程设计的有关规
工程力学
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梁弯曲的强度条件和刚度条件及应用
1.1 梁弯曲的强度条件及应用 1. 强度条件
由于梁弯曲变形时横截面上即有正应力又有切应力,因此强度条 件应为两个。当弯曲梁横截面上最大正应力不超过材料的许用正应力, 最大切应力不超过材料的许用切应力时,梁的强度足够,即

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
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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。

第九章梁的弯曲变形

第九章梁的弯曲变形

a xl
在 x l / 2处
y 0.5l


Fb
(3l 2 4b 2 ) 48 EI
yqx(l32lx2x3) 2E 4 I
A

B


ql3 24EI
x

l 2
ymax


5ql4 384EI
梁的简图
第九章 梁的弯曲变形
挠曲线方程
y6M EI(xllx)2(lx)
yC1
aB
qa4 2EI
yC2


qa4 8EI
3)叠加 y C y C 1 y C 2 2 q E 4a 8 I q E 4a I 5 8 q E 4( a I)
第九章 梁的弯曲变形
例9-5 悬臂梁跨度为 l =2m,截面为矩形,宽b = 100mm,高h =120mm,材料的弹性模量E=210GPa, 梁上载荷如图所示,求自由端A的挠度。
挠曲线方程 y f (x)
第九章 梁的弯曲变形
二、挠度和转角
挠度:截面形心线位 移的垂直分量称为该 截面的挠度,用 y 表 示,一般用 ymax 表示 全梁的最大挠度。
转角:横截面绕中性轴转动产生了角位移,此角
位移称转角,用 表示。小变形时,转角 很小,
则有以下关系:
tanydy
1
(x)

M(x) EI
曲线 y f(x)的曲率
1
(x)
(1yy2)3/2
二阶小量
y (1y2)3/2
M(x) EI
挠曲轴线 近似微分方程
y M(x) EI
第九章 梁的弯曲变形
挠曲轴线 近似微分方程
y

§8-6 提高梁的刚度的措施

§8-6 提高梁的刚度的措施
y Fl 3 EI
§8-6 提高梁的刚度的措施
影响梁弯曲变形的因素不仅与梁的支承和载荷情况有关,而且还与梁 的材料、截面尺寸、形状和梁的跨度有关。所以,要想提高弯曲刚度,就应 从上述各种因素入手: 一、调整加载方式 二、减小跨度或增加支座 三、选择合理截面 四、合理选用材料
§8-6 提高梁的刚度的措施 一、合理安排梁的约束与加载方式
矩形木梁的合理高宽比 ( h/b= ) 1.5
b
英(T.Young)于1807年著«自然哲学与机械技术讲义 »一书中指出: 矩形木梁的合理高宽比 为
h 2 时,强 度 最 大; h 3 时,刚 度 最 大.
b
b
§8-6 提高梁的刚度的措施
三、选择合理截面
bh2 Wz 6
h2 d 2 b2
Wz
机械加工,镗孔,尾架,减少挠度。
§8-6 提高梁的刚度的措施
跨度为l 的简支梁,承受均布载荷q作用,如果将梁两端的铰支座各向 内移动 l/4,最大挠度将仅为前者的8.75%。
§8-6 提高梁的刚度的措施 三、选择合理截面
§8-6 提高梁的刚度的措施 三、选择合理截面
矩形木梁的合理高宽比
h 北宋李诫于1100年著«营造法式 »一书中指出:
b 6
(d 2
b2 )
d 2b b3 6
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
dW 0 db
d 2 3b2 0
b d 3
h d 2 b2 d 2 d 2 2d 33
h b
2d
3 d
23 2
3
h
b
§8-6 提高梁的刚度的措施 四、合理选用材料
各种材料的弹性模量E差别不大。 选用高强度材料,只能提高许用应力 同类的材料,“E”值相差不多,故换用同类材料只能提高强度,不能提高 刚度。

第7章第4节 提高梁的强度和刚度的措施[6页]

第7章第4节  提高梁的强度和刚度的措施[6页]

理。
最大的弯矩值Mmax,比值为1:1/2:1/2
F=ql
ห้องสมุดไป่ตู้
F=ql
A
C
BA
C
BA
l/2 l/2
l/4 l/2 l/4
ql2/4 M图
ql2/8 M图
q B
l ql2/8 M图
+
+
+
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7.4 提高梁的强度和刚度的措施
在从前几节可知,等直梁上的最大弯曲正应力和 梁上的最大弯矩Mmax 成正比,和抗弯截面系数Wz成 反比。梁的变形和梁的跨度l的高次方成正比,和梁 的抗弯刚度Iz成反比。设计梁时,应满足安全性好而 材料消耗少的目的,即省料、省钱而又尽量提高梁 的强度和刚度。可从以下几方面入手。
最大的挠度ymax
13.0210-3ql4/EI、1.23810-3ql4/EI、0.325510-3ql4/EI
比值约为
1:0.095:0.025
A M图
q
l ql2/8
BA 0.2l
q
q
BA
B
0.6l
0.2l 0.5l 0.5l
ql2/40
ql2/50
ql2/5 0
ql2/6 4
ql2/6 4
ql2/3 2
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7.4.3 合理地布置载荷 当载荷已确定时,合理地布置载荷可以减小梁 上的最大弯矩,提高梁的承载能力。例如,图示桥梁 可简化成一简支梁,其额定最大承载能力系指载荷在 桥中间时的最大值,超出额定载荷的物体要过桥时, 采用长平板车将集中载荷分为几个载荷,就能安全过 桥。吊车采用副梁可以吊起更重的物体也是这个道理。

材料力学-第八章叠加法求变形(3-4-5)

材料力学-第八章叠加法求变形(3-4-5)

C
刚化
P
EI=
C
θc1
fc1
pa3 3EI
fc1
c1
pa2 2EI
2)AB部分引起的位移fc2、 θc2
P
A
θ B B2
C
fc2 刚化
EI=
B2
PaL 3EI
fc2 B2 a
PaL a 3EI
c c1 B2
θB2
P Pa
c
Pቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2 2EI
PaL 3EI
fc fc1 fc2
fc
pa3 3EI
MPa,[]=100
MPa,E=210
GPa,
w l
1 400

例题 5-7
解:一般情况下,梁的强度由正应力控制,选择梁横 截面的尺寸时,先按正应力强度条件选择截面尺寸, 再按切应力强度条件进行校核,最后再按刚度条件 进行校核。如果切应力强度条件不满足,或刚度条 件不满足,应适当增加横截面尺寸。
[例8-3]如图用叠加法求 wC、A、B
解:1.求各载荷产生的位移 2.将同点的位移叠加
=
wC
5qL4 384EI
A
qL3 24EI
B
qL3 24EI
+
PL3 48EI
PL2
16EI PL2
16EI
+
ML2 16EI
ML 3EI
ML 6EI
例题 5-4
试按叠加原理求图a所示简支梁的跨中截面的
16EI
1 qa4 24 EI
()
例题 5-5
图b所示悬臂梁AB的受力情况与原外伸梁AB
段相同,但要注意原外伸梁的B截面是可以转动的,

弯曲变形求解方法

弯曲变形求解方法
二、研究变形目的
①建立刚度条件,解决刚度问题
②建立变形协调条件,解决超静定问题
③为振动计算奠定基础。
§6.2挠曲线的微分方程
一、概念
以简支梁为例,以变形前的轴线为x轴,垂直向上为y轴,xoy平面为梁的纵向对称面。
①挠曲线:
在对称弯曲情况下,变形后梁的轴线为xoy平面内的一条曲线,此曲线称为挠曲线。
②挠度:
一、梁的刚度条件
在工程中,梁除了要满足强度条件外,还要满足刚度条件。梁的刚度条件为
式中 ——最大挠跨比;
——许用挠跨比。许用挠跨比可从设计规范中查得,一般在 ~ 之间。
[例6-2]受力情况如图9-42a所示的简支梁,由型号为45a工字钢制成。材料的许用应力 MPa, ,材料的弹性模量为 GPa,试校核梁的强度和刚度。
梁的任一截面形心的竖直位移称为挠度。
③挠曲线的方程式:
w=f(x)
④转角:弯曲变形中,梁的横截面对其原来位置转过的角度θ,称为截面转角。根据平面假设,梁的横截面变形前,垂直于轴线,变形后垂直于挠曲线。故
⑤挠度w和转角θ是度量弯曲变形的两个基本量。
⑥挠度与转角符号规定:在图示坐标中,挠度向上为正,反时针的转角为正。
[解](1)作梁的弯矩图(图9-42b)。
由图可知: kN·m
(2)校核梁的强度。
查型号为45a工字钢知,惯性矩 cm4,抗弯截面系数 cm3。
梁内最大正应力
N/mm2=103.18MPa<
梁满足强度要求。
(3)校核梁的刚度
用叠加法计算梁跨中的挠度为
mm
=18.5mm
< =0.002
梁满足刚度要求。此梁安全。
二、提高梁刚度的措施
要提高梁的刚度,应从影响梁刚度的各个因素来考虑。梁的挠度和转角与作用在梁上的荷载、梁的跨度、支座条件及梁的抗弯刚度有关,因此,要降低挠度,提高刚度,可采用以下措施:
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1)提高梁的抗弯刚度EI
梁的挠度与抗弯刚度EI成反比,因此提高梁的抗弯刚度 EI,可以降低梁的变形。值得注意的是,由于各种钢材的弹 性模量较为接近,使用高强度的合金钢代替普通低碳钢,并 不能明显提高其刚度。要提高梁的抗弯刚度,应在面积不变 的情况下增大截面的惯性矩,例如使用工字形、圆环形截面, 可提高单位面积的惯性矩。
2)减小梁的跨度
因梁的挠度与梁的跨度的数次方成正比,所以减小梁的 跨度,将使梁的挠度大为减小。
如果把简支梁的支座向内移动 a ,简支梁变成外伸梁, 梁的跨度减小了。因为外伸梁段上的载荷使梁产生向上的挠 度,中间梁段的载荷使梁产生向下的挠度,它们之间有一部 分相互抵消,因此挠度减小了。
y
y
y
3)改善梁的载荷作用方式
第四节 梁的刚度条件和提高弯曲 刚度的措施
一、梁的刚度条件
设梁的最大挠度和最大转角分别为ymax和max,[ f ]和[ ]
分别为挠度和转角的许用值,则
梁的刚度条件
ymax [ f ]
max [ ]
挠度的许用值[ f ]一般为梁的跨度l 的1/200~1/1000。
在安装齿轮或滑动轴承处,轴的[ ]=0.001rad。
查表可得梁的跨中挠度为
故该梁满足刚度条件
y
Fl3 48EI
20103 8.863 48 210109 11100108
m
1.24102 m [ f ] l / 500 1.77 102 m
二、提高梁弯曲刚度的措施
梁的弯曲变形与梁的抗弯刚度EI、梁的跨度l以及梁的载 荷等因素有关,要降低梁的弯曲变形,以提高梁的刚度,可 以从以下几方用转角可在机 械设
计手册中查得。
例8-6 如图所示简支梁,选用32a工字钢,跨中作用有
集中力F = 20kN,跨度为l = 8.86m,弹性模量 E = 210GPa,
梁的许用挠度
。试校核梁的[ 刚f ]度。l / 500
解:查型钢表可得32a工字钢 的惯性矩为:
I z 11100 cm4
合理调整载荷的位置及分 布方式,可以降低弯矩,从而 减小梁的变形。如图所示作用 在跨中的集中力,如果分成一 半对称作用在梁的两侧(见右 图 ),甚至化为均布载荷, 则梁的变形将会减小。
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