材料力学:弯曲应力
材料力学弯曲应力_图文

§5-3 横力弯曲时的正应力
例题6-1
q=60kN/m
A
1m
FAY
C
l = 3m
FS 90kN
120
1.C 截面上K点正应力 2.C 截面上最大正应力
B
x
180
K
30 3.全梁上最大正应力 z 4.已知E=200GPa,
FBY
C 截面的曲率半径ρ y
解:1. 求支反力
x 90kN M
x
(压应力)
目录
目录
§5-2 纯弯曲时的正应力
正应力分布
z
M
C
zzy
x
dA σ
y
目录
§5-2 纯弯曲时的正应力
常见截面的 IZ 和 WZ
圆截面 空心圆截面
矩形截面 空心矩形截面
目录
§5-3 横力弯曲时的正应力
横力弯曲
6-2
目录
§5-3 横力弯曲时的正应力
横力弯曲正应力公式
弹性力学精确分析表明 ,当跨度 l 与横截面高度 h 之比 l / h > 5 (细长梁)时 ,纯弯曲正应力公式对于横 力弯曲近似成立。 横力弯曲最大正应力
§5-3 横力弯曲时的正应力
q=60kN/m
A
1m
FAY
C
l = 3m
FS 90kN
120
2. C 截面最大正应力
B
x
180
K
30 C 截面弯矩 z
FBY
y
C 截面惯性矩
x 90kN M
x
目录
§5-3 横力弯曲时的正应力
q=60kN/m
A
1m
FAY
C
l = 3m
材料力学5弯曲应力_图文

1、合理安排梁的受力
(1)合理安排载荷
P
(降低最大弯矩)
P
a
b
l
1、合理安排梁的受力(降低最大弯矩)
(2)分散载荷(从使用方面考虑)
P P
P
若:
l
1、合理安排梁的受力(降低最大弯矩)
(3)调整支座位置(从设计角度)
aP
q
A
C
E
l
P
B D
弯曲切应力强度校核
一般而言,对于等直梁,梁上的最大切应力发生在剪力最大 截面的中性轴上,且
是中性轴一侧的面积对中性轴的静矩 。
型钢可查表
切应力强度条件:
梁上的最大切应力max≤[]
例题4-10 图示梁为工字型截面,跨长2a=4 m、 q=25 KN/m;材
料许用应力[]=160 MPa,[]=100 MPa。试选择工字钢型号。
3950
(3)合理截面要符合材料的力学性能
塑性材料
z
z
采用关于中性轴对称的截面
y
y
脆性材料
z
采用关于中性轴不对称的截面
y
理想情况: 可调整各部分尺寸,使
z
y
y1 z
y2 y
3、采用变截面梁
以危险截面的弯矩设计梁的截面,而在其
他截面的弯矩较小,材料不能被充分利用。
从强度的角度来看,如果在弯矩大的部位采用较大的截面,弯矩较 小的部位采用较小的截面,就比较合理。截面尺寸沿梁轴线变化的梁 叫变截面梁。 若各个截面上的最大应力都等于材料的许用应力,这种梁叫等强度梁。
正应力大小与其到中 性轴距离成正比;
材料力学——弯曲应力

公式推导
线应变的变化规律 与纤维到中性层的距离成正比。
从横截面上看: 点离开中性轴越远,该点的线应变越大。
2、物理关系
当σ<σP时 虎克定律
E
E
y
y
弯曲正应力的分布规律 a、与点到中性轴的距离成正比; 沿截面高度 线性分布; b、沿截面宽度 均匀分布; c、正弯矩作用下, 上压下拉; d、危险点的位置, 离开中性轴最远处.
M max ymax IZ
x
67.5 103 90 103 5.832 105
104.17MPa
6、已知E=200GPa,C 截面的曲率半径ρ q=60KN/m A FAY B 1m C 3m FBY
M C 60kN m
I z 5.832 105 m 4
M EI
4 103 88 103 46.1MPa 6 7.64 10
9KN
4KN
C截面应力计算
A FA
M 1m
C 1m
B
1m FB
C截面应力分布 应用公式
t ,max
My Iz
2.5KNm
2.5 103 88 103 28.8MPa 6 7.64 10
Fb Fa
C截面: max M C Fb3 62.5 160 32 46.4MPa d W 3
zC
2
0.13
32
(5)结论 轮轴满足强度条件
一简支梁受力如图所示。已知 [ ] 12MPa ,空心圆截面 的内外径之比 一倍,比值不变,则载荷 q 可增加到多大? q=0.5KN/m A B
反映了截面的几何形状、尺寸对强度的影响
最大弯曲正应力计算公式
材料弯曲应力

材料弯曲应力
在材料力学中,弯曲应力是指在横截面上的一个点上由于外部载荷而引起的正应力(垂直于横截面的方向)。
弯曲应力的大小取决于材料的弯曲形状、外部载荷的大小和分布、以及材料的截面性质。
弯曲应力(σb)可以用以下的公式表示:
其中:
•σb是弯曲应力;
•Mc是在横截面上的一个点上的弯矩;
•S是该点处横截面的静力矩。
弯曲应力的单位通常是帕斯卡(Pascal,Pa)或兆帕(Megapascal,MPa)。
弯曲应力会导致材料产生弯曲变形。
对于均匀材料的简单弯曲梁,弯曲应力在横截面上是不均匀的,最大的弯曲应力通常出现在横截面的最外层纤维,而中性轴上的应力为零。
了解弯曲应力是设计和分析工程结构、梁、梁板等零件的重要因素。
在工程实践中,通常需要考虑弯曲应力来确保结构的安全性和稳定性。
材料力学梁的应力解读

材料力学梁的应力解读
梁是结构分析中最基本的问题之一,也是材料力学中一个重要的概念。
梁的应力解读,就是对梁结构中的应力的分析。
一般来说,在材料力学中,梁的应力解读可以从下面几个方面来进行:
(1)弯曲应力:弯曲应力是指当梁在受到外力的作用下发生偏移或
沿着其中一轴线变形时,梁中钢材筋的纵向应力称为弯曲应力。
根据梁的
预定约束方式,可以分为受自重弯曲的应力和受外力弯曲的应力。
受自重
弯曲的应力大小由梁的自重和梁的几何形态所决定,一般情况下,斜梁的
自重弯曲应力会比悬臂梁的自重弯曲应力大。
受外力弯曲的应力大小取决
于受力梁的拉张性和刚度,以及施加外力的位置,大小和作用方向等因素,其中最重要的是材料的弹性模量。
(2)剪切应力:梁结构的剪切应力,是指梁受到外力作用时,对面
两侧的钢材筋之间的剪切应力。
由于受力面两端受非对称分布的外力作用,使得受力面的梁结构受到剪切应力的作用,一般情况下,受力面梁结构分
布的剪切应力会在受力面的两端有最大值,随着回头距离变小而逐渐减小。
(3)压应力:梁受外力所产生的压应力,是指受力面角支撑点处承
受拉力的钢材筋之间的应力,称为压应力。
材料力学-弯曲应力

对于宽为b高为h的矩形截面:
W
bh3 12
bh2
h
6
2
对于直径为d的圆形截面:
W d 4 64 d 3
d
32
2
限定最大弯曲正应力不得超过许用应力,于是强度条件为:
max
M max W
设σt 表示拉应力,σc 表示压应力,则:
t max t
cmax c
塑性材料, [σt]= [σc]= [σ];
所以由(1)式:
A
d
A
A E
y
d
A
E
A y d
A
E
Sz
0
由(2)式:
说明中性轴过形心
A z
d
A
A zE
y
d
A
E
A
yz d
A
E
I yz
0
由于y轴是对称轴,此 式自然满足。
由(3)式:
A
y
d
A
A
yE
y
d
A
E
A
y2
d
A
E
Iz
M
1 M
EI z
1 为梁轴线变形后的曲率 ;
由变形几何关系得到 y
由物理关系得到
bh2 2b3 W
63
故: b 121.6 mm
h 2b 243.2 mm
选取截面为: 125 250 mm 2
e.g.3 已知:l=1.2m,[σ]=170MPa, 18号工字钢,不计自重。
求:P 的最大许可值。
P A
解:作弯矩图, 由图可得:
M
| M |max Pl 1.2P N m
材料力学第六章弯曲应力

但相应的最大弯矩值变为
Fl ql2
M max
4
8
375 kN m 13 kN m 388 kN m
而危险截面上的最大正应力变为
max
388103 N m 2342106 m3
165.7106
Pa
165.7
MPa
显然,梁的自重引起的最大正应力仅为
165.7 160 MPa 5.7 MPa
<2>. 相邻横向线mm和nn,在梁弯曲后仍为直线,只是
相对旋转了一个角度,且与弧线aa和bb保持正交。
根据表面变形情况,并设想梁的侧面上的横向线mm和 nn是梁的横截面与侧表面的交线,可作出如下推论(假设):
平面假设 梁在纯弯曲时,其原来的横截面仍保持为平面, 只是绕垂直于弯曲平面(纵向平面)的某一轴转动,转动后 的横截面与梁弯曲后的轴线保持正交。
力的值max为
max
M ym a x Iz
M
Iz ymax
M Wz
式中,Wz为截面的几何性质,称为弯曲截面系数(对Z轴)
(section modulus in bending),其单位为m3。
b
h d
o
z
o
z
y
y
中性轴 z 不是横截面的对称轴时(参见图c),其横截面 上最大拉应力值和最大压应力值为
A
r
(b)
M z
y d A E
A
r
y2 d A EI z M
A
r
(c)
由于式(a),(b)中的
E
r
不可能等于零,因而该两式要求:
1. 横截面对于中性轴 z 的静矩等于零,A y d A 0 ;显
弯曲应力—纯弯曲时的正应力(材料力学)

§5-2 正应力计算公式
3、物理关系
σ Eε
M
?
所以 σ E y
z
O
x
应力分布规律:
?
y
直梁纯弯曲时横截面上任意一点的正应力,与它到中性轴的距离成正比。待解决问题中性轴的位置?
中性层的曲率半径
§5-2 正应力计算公式
4、静力关系
横截面上内力系为垂直于横截面的空 间平行力系,这一力系简化得到三个内力分 M 量。
y t max
M
z
y
σtmax
σ cmax My cmax Iz
§5-2 正应力计算公式
二、横力弯曲时梁横截面上的正应力
实际工程中的梁,其横截面上大多同时存在着弯矩和剪力,为横 力弯曲。但根据实验和进一步的理论研究可知,剪力的存在对正应力 分布规律的影响很小。因此对横力弯曲的情况,前面推导的正应力公 式也适用。
(2)最大正应力发生在横截面上离中性轴最远的点处。
σ max M y max Iz
引用记号
Wz
Iz ymax
—抗弯截面系数
则公式改写为
σ max
M Wz
§5-2 正应力计算公式
对于中性轴为对称轴的横截面
矩形截面
Wz
Iz h/2
bh3 / 12 h/2
bh2 6
实心圆截面
Wz
Iz d /2
πd 4 / 64 d /2
推论:必有一层变形前后长度不变的纤维—中性层
⊥ 中性轴 横截面对称轴
中性层
中性轴
横截面对称轴
§5-2 正应力计算公式
2、变形几何关系
d
dx
图(a)
O’
b’ z
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对称弯曲的概念及计算简图
梁的剪力和弯矩 • 剪力图和弯矩图
平面刚架和曲杆的内力图
梁横截面上的正应力 • 梁的正应力强度条件
梁横截面上的切应力 • 梁的切应力强度条件 梁的合理设计
§4-1 对称弯曲的概念及梁的计算简图
一、弯曲的概念 1. 弯曲变形 受力特征: 外力是作用线垂直于杆轴线的平衡力系 (有时还包括力偶)。 变形特征:梁变形前为直线的轴线 ,变形后成为曲线。
,YC
反向,
并分别加在主梁 AC 的 C 点处,求出 AC 的约束力。
P=50kN
q 20kN m
M=5kN.m
A 1m
E
C
D 3m
K 1m
B
0.5m 1m
xC
C D
q 20kN m
K
M=5kN.m
B
yC
RB
xC
D
q 20kN m
K
M=5kN.m
B
yC
RB
解:(1)研究CB梁,由平衡方程
C
P2
D
RB
B
假设 FsE 和弯矩 ME 均为 正值。
F
d
l
FsE
E
C
RA
A
ME
b
F
y
0,
RA FsE 0
RA
A
a E
P1
C
P2
D
RB
B
M
E
0,
M E RA c 0
F
d
解得
c
l
FsE RA
+
RA
FsE
E
C
M E RA c
ME
+
A
b
取右段为研究对象
RA
A
F
x
0,
XA 0
F
y
0,
RA 50 31 81kN
m
A
0,
mA 311.5 50 1 96.5kN m
§4-2
梁的剪力和弯矩 • 剪力图和弯矩图
一、梁的剪力( Fs )和弯矩 ( M ) 的定义与计算 1. 用截面法求横截面上的内力
a
m
F
A
m x
FB
非对称弯曲 :梁不具有纵向对称面,或具有纵向对称面,
但外力并不作用在纵向对称面内这种弯
曲称为非对称弯曲。
三、梁的计算简图 1. 支座的简化 在梁的计算简图中用梁的轴线代表梁 R H (2)固定铰支座
H
(1) 固定端
m
R
(3) 可动铰支座
R
2. 工程中常用到的静定梁
悬臂梁
简支梁
外伸梁
3. 几种超静定梁
m
Fs
C
x
M
A
x
m
a
F
结论 梁在弯曲变形时, 横截面上的内力有 两个,即,
A
m
B
m x
剪力 Fs
弯矩 M
FA
y
m
Fs
C
x
M
A
x
m
取右段梁为研究对象。
其上剪力的指向和弯矩
y
FA
m
Fs
C
x M F
FB
的转向则与取右段梁为
研究对象所示相反。
A
x
m
m
M Fs
m
B
2. Fs 和 M 的正负号的规定 (1)剪力 Fs 的符号 使dx 微段有 左端向上而右端向下 的相对错动时,横截面 m-m 上 的剪力为 正 。
FsE RA
梁: 以弯曲变形为主的杆件。
二、对称弯曲 纵向对称面 :包含梁横截面的一个对称轴及其梁轴线的平面 称为纵向对称面。 对称弯曲 :作用于梁上的所有外力都在纵向对称面内, 弯曲变形后的轴线是一条在该纵向对称面内的平面曲线, 这种弯曲称为对称弯曲。
纵向对称面
横截面的对称轴
F1
F2
梁的轴线
A
B
FA
变形后的轴线与外力 在同一平面内
例题1:
计算悬臂梁的约束力。
q A C
F
B
l 2
l 2
l
mR
RA
A C
q
F
B
l
解: 求梁的约束力 RA 和 mR 。
由平衡方程得:
解得:
F
y
0,
ql RA F 0 2
mR ql 3l Fl 0 2 4
M A 0,
ql F 2 3ql 2 mR Fl 8 RA
a E c
P1
C
P2
D
RB
B
F
d
l
RA
A
C
FsE
E
ME
FsE
P1
c
a- c b- c
P2
D
RB
B
E
ME
l- c
RA
AE
P1
c
a- c b- c
P2
D
RB
B
E
ME
l- c
F
y
0
FsE RB P 1P 2 0
M E 0
解得:
R B (l c) P1 (a c) P2 (b c) M E 0
B
用截面法假想地在 横截面mm处把梁分
a
m
F
为两段,先分析梁左段。
由平衡方程得
A
m x
B
F
y
0,
FA Fs 0
Fs = FA
FA
y
m
可得
Fs
C
x
A
Fs 称为 剪力
x
m
a
由平衡方程
F
m
mC 0
M FA x 0
可得 M = FAx
y A
m x
B
内力偶 M 称为 弯矩
FA
例题2:计算图所示多跨静定梁的约束力。
F=50kN
q 20kN m
M=5kN.m
A
1m
E
C
D
3m
K
1m
B
0.5m 1m
F=50kN
q 20kN m
M=5kN.m
A 1m
E
C
D 3m
K 1m
B
0.5m 1m
分析:先将中间铰 C 拆开,并通过平衡方程求出副梁 CB 的约束力。 再将副梁 CB 的两个约束力 XC
+
m
Fs
Fs
m
dx
或使 dx 微段有顺时针转动趋势的剪力为 正。
使 dx 微段有 左端向下而右端向上
的相对错动时,横截面 m-m 上
-
m
的剪力为负 。
m
或使 dx 微段有逆时针转动趋势的剪力
dx
为 负。
(2)弯矩符号 当 dx 微段的弯曲下凸
+
M m
M
(即该段的下半部受拉 )时,
m
横截面m-m 上的弯矩为 正; 当 dx 微段的弯曲上凸 (即该段的下半部受拉压)时, 横截面m-m 上的弯矩为为负。
F
F
x
0,
XC 0
m B 0,
y
yC 5 20 3 2.5 5 0
RB 20 3 yC 0
0,
X C 0,
yC 31kN,
RB 29kN
F=50kN
' yc yc
mA
XA
A E
C
' xc xc
RA
(2)研究 AC 梁,由平衡方程
m
(受拉)
_
m
(受压)
例题3: 为图示梁的计算简图。已知 P1、P2,且 P2 > P1 ,尺寸 a、b、c 和 l 亦均为已知。试求梁在 E 、 F 点处横截面处的 剪力和弯矩。
b
a
A
P1
C
P2
D B
E c l
F
d
b
RA
A
a E c
P1
C
P2
D
RB
B
F
d
l
解:
mA 0
mB 0
RB l P 1a P 2b 0
RAl P 1 (l a ) P 2 (l b) 0
b
RA
A
a
P1
C
P2
D
RB
B
E
c l
F
d
解得:
P 1 (l a ) P 2 (l b) RA l P 1a P 2b RB l
b
记 E 截面处的剪力 为 FsE 和弯矩 ME 。
RA
A
a E c
P1