教案4轴向拉压杆的变形计算

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工程材料力学第四章轴向拉压杆的变形

工程材料力学第四章轴向拉压杆的变形
§4-5 轴向拉(压)杆的变形·胡克定律
拉(压)杆的纵向变形 (轴向变形) 基本情况下(等直杆,两端受轴向力):
纵向总变形Δl = l1-l (反映绝对变形量)
l 纵向线应变 (反映变形程度) l
1
fl
f ( x x)
x
f
l
x
x
沿杆长均匀分布 的荷载集度为 f 轴力图
fx
微段的分离体
y
pbd 2b 0
pd 2
13
所以
pd (2 10 Pa)(0.2m) -3 2 2(510 m)
6
4010 Pa 40 MPa
6
14
2.
如果在计算变形时忽略内压力的影响,则可认为
薄壁圆环沿圆环切向的线应变e(周向应变)与径向截面上
的正应力s 的关系符合单轴应力状态下的胡克定律,即
ν
亦即
- n
低碳钢(Q235):n = 0.24~0.28。
7
思考:等直杆受力如图,已知杆的横截面面积A和材料的 弹性模量E。
1.列出各段杆的纵向总变形ΔlAB,ΔlBC,ΔlCD以及整个 杆纵向变形的表达式。
2.横截面B, C及端面D的纵向位移与各段杆的纵向总变
形是什么关系?
uB L1
22
作业:4-7,4-91 Pa ~ 2.101011 Pa 200GPa ~ 210GPa
l 1 FN 胡克定律的另一表达形式: l E A




E
←单轴应力状态下的胡克定律
6
横向变形因数(泊松比)(Poisson’s ratio)
单轴应力状态下,当应力不超过材料的比例极限时,

第4讲--拉压杆的变形与变形能

第4讲--拉压杆的变形与变形能

第4讲教学方案——拉压杆的变形与变形能1 / 7§2-8拉伸或压缩时的变形1.沿杆件轴线的轴向变形如图2-23,设等直杆的原长为l ,横截面面积为A 。

在轴向力P 作用下,长度由l 变为1l 。

杆件在轴线方向的伸长,即轴向变形为l l l -=∆1 (1)由于杆内各点轴向应力σ与轴向应变ε为均匀分布,所以一点轴向线应变即为杆件的伸长l ∆除以原长l : l l ∆=ε (2) 由εσE =得ll E A N ∆= 所以EAPl EA Nl l ==∆ (2-6) 式(2-6)表示:当应力不超过比例极限时,杆件的伸长l ∆与拉力P 和杆件的原长度l 成正比,与横截面面积A 成反比。

这是胡克定律的另一种表达形式。

式中EA 是材料弹性模量与拉压杆件横截面面积乘积,EA 越大,则变形越小,将EA 称为抗拉(压)刚度。

2.横向变形若在图2-23中,设变形前杆件的横向尺寸为b ,变形后相应尺寸变为1b ,则横向变形为 b b b -=∆1横向线应变可定义为bb ∆='ε 由实验证明,在弹性范围内3 / 7μεε=' (2-7) μ为杆的横向线应变与轴向线应变代数值之比。

由于μ为反映材料横向变形能力的材料弹性常数,为正值,所以,一般冠以负号εεμ'-=,称为泊松比或横向变形系数。

ε'与ε的关系为μεε-=' (2-8)3.变截面杆的伸长变形 ()()()x A x N x =σ例,变截面杆内应力相同,则杆截面面积按什么规律变化?()Adx A dA A γσσ+=+;dx A dA σγ= 积分:0ln C x A +=σγ;x e C A σγ0= 在0=x 处0A A =,所以:σP A C o ==0;x x e P e A A σγσγσ==0 即:A 按指数函数变化。

例2-6 图2-25所示为变截面杆,已知BD 段21=A cm 2,DA 段42=A cm 2,51=P kN ,102=P kN 。

杆系结构的刚度与稳定性计算—轴向拉压杆的变形

杆系结构的刚度与稳定性计算—轴向拉压杆的变形
所示。已知材料的弹性模量 E 0.03 105 MPa,外力 F 50kN 。试求砖柱顶部
的位移。
解:(1)求各杆段的轴力,作其轴力图。
AB段
BC段
FN 1 F 50 (kN)
FN 2 F 2 F 150 kN
作轴力图如右图所示。
(2)求柱的轴向变形。由 l 计算式得:
0.03 10 370
计算结果为负,说明柱沿轴线方向缩短。
(3)求柱顶的位移
因为柱的下端C固定不动,柱沿轴线的缩短量等于柱顶向下的位移
量,所以,柱顶A向下位移了2.3mm。
轴向拉压杆的变形


1
绝对变形量
2
工程案例
添加标题
1.绝对变形量
1. 绝对变形量计算式
材料在线性弹性范围内,轴向拉压杆横截面上的正应力 与轴向线应变
满足胡克定律:
将应力公式

E
和应变公式 =

=绝对变Βιβλιοθήκη 量 l 为:
代入胡克定律表达式中可得,杆件的
FN l
l
EA
适用于等截面常轴力拉压杆,在正应力不超过材料的比例极限时,拉压杆
的轴向变形 l 与轴力 FN 及杆长 成正比,与乘积EA成反比。EA称为杆件的
抗拉压刚度。
对于给定长度的等截面拉压杆,在一定轴向力作用下,拉压刚度愈大,杆
的轴向变形愈小。
轴向变形 l 与轴力 FN 具有相同的正负符号,即伸长为正,缩短为负。
FN l FN l FN l
l



EA 1 EA 2
i 1 EA i
2
50 10 3 3 10 3 150 10 3 4 10 3

工程材料力学第四章轴向拉压杆的应力与变形

工程材料力学第四章轴向拉压杆的应力与变形

第四章 轴向拉伸和压缩
Ⅱ.拉(压)杆横截面上的应力
FN s d A
A
(1) 与轴力相应的只可能是正应力s,与剪应力无关; (2) s在横截面上的变化规律横截面上各点处s 相等时 可组成通过横截面形心的法向分布内力的合力——轴力FN; 横截面上各点处s 不相等时,特定条件下也可组成轴力FN。
s0
2
sin 2
s ()
t ()
t ()
15
第四章 轴向拉伸和压缩
k
F F F
k
45
思考:1. 写出图示拉杆其斜截面k-k上的正应力s和剪应
力t与横截面上正应力s0的关系。并示出它们在图示分离 体的斜截面k-k上的指向。 2. 拉杆内不同方位截面上的正应力其最大值出现在 什么截面上?绝对值最大的剪应力又出现在什么样的截面
F (l / 3) C lCD EA F (l / 3) l EA
27
第四章 轴向拉伸和压缩
例题4-4 求例题2-3中所示薄壁圆环其直径的改变量Δd。
已知 E 210 GPa,d 200 mm, 5 mm, p 2 MPa。
28
第四章 轴向拉伸和压缩
解:1. 前已求出圆环径向截面上的 正应力此值小于钢的比例极限(低碳钢
s
s

s
E
←单轴应力状态下的胡克定律
22
第四章 轴向拉伸和压缩
横向变形因数(泊松比)(Poisson’s ratio)
单轴应力状态下,当应力不超过材料的比例极限时,
某一方向的线应变 与和该方向垂直的方向(横向)的线应 变'的绝对值之比为一常数,此比值称为横向变形因数或 泊松比(Poisson’s ratio):

材力 第3章 轴向拉压变形

材力 第3章 轴向拉压变形

二)装配应力——预应力、初应力: 由于构件制造尺寸产生的制造误差,在装配时产生变 形而引起的应力。 1、静定问题无装配应力 2、超静定问题存在装配应力。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱB 1
2
C
B 1
D

C

3
A1
2
A
A
16
17
12
F
FN1 FN 2
例2 图示结构,已知: L、A、E、a、F 。求:各杆轴力。 解:1、平衡方程: L 3 a A F FN3 FN2
△L 2
2 a B
1
Y 0 F F F F 0 M 0 F a F 2a 0
N1 N2 N3 A N2 N1
2、几何方程:
L1 B
△L 2 △L1
分析:
1、
A
L2
uB vB
uB L1
L2 sin
F
2、 v B L1ctg 3、
C
图2
B u v
2 B
2 B
B′
8
§3—2 拉压静不定问题
一、概念 1、静定:结构或杆件的未知力个数 = 有效静力方程的个数, 只利用有效静力方程就可以求出所有的未知力。 2、静不定:结构或杆件的未知力个数 > 有效静力方程的个数, 只利用有效静力方程不能求出所有的未知力。 3、多余约束:在静不定系统中多余维 持结构几何不变性所需要的杆或支座。
B 1 D 3 A 2 C
4、多余约束反力:多余约束对应的反力。
F
9
5、静不定的分类(按静不定次数划分): 静不定次数=多余约束个数=未知力个数-有效静力方程个数。 二、求解超静定(关键——变形几何关系的确定) 步骤:1、根据平衡条件列出平衡方程(确定静不定的次数)。 2、根据变形协调条件列出变形几何方程。 3、根据力与变形的物理条件,列出力的补充方程。

13.轴向拉压的应力、变形计算

13.轴向拉压的应力、变形计算

A
d
N AB sin 30 F
0
N AB cos 30 N BC
0
NAB
300
C
B
AB
N AB 28.3MPa AAB
a
NBC
F
BC
N BC 4.8MPa ABC
四、拉(压)杆斜截面上的应力
横截面----是指垂直杆轴线方向的截面; 斜截面----是指任意方位的截面。
F
B
F
120
-
C
240
4m
例2 1、计算轴力: ∑X=0
2、计算变形:
例3
P1=30kN,P2 =10kN , AC段的横截面面积 AAC=500mm2, CD段的横截面面积 ACD=200mm2,弹性模量E=200GPa。 试求: (1)各段杆横截面上的内力和应力; (2)杆件内最大正应力; (3)杆件的总变形。
p

讨论
1 cos sin 2 2 σα及τα 均是角α的函数,
2
(1)当α=0,即为横截面时, max
0
轴向拉压杆件的最大正应力发生在横截面上。 (2)当
45
a 2
max 2
轴向拉压杆件的最大切应力发生在与 杆轴线成450截面上。
解:(1)、计算支反力 ∑X=0 P2-P1-RA=0 RA=P2-P1=-20KN
(2)、计算各段杆件 横截面上的轴力
AB段: NAB=RA=-20kN BD段: NBD=F2=10kN
(3)、画出轴力图,如图(c)所示。 (4)、计算各段应力 AB段: AB
FNAB 20 103 40MPa AAC 500

工程力学轴向拉压杆件的强与变形计算课件

工程力学轴向拉压杆件的强与变形计算课件
承受轴向载荷的拉(压)杆在工程中的 应用非常广泛。
由汽缸、活塞、连 杆所组成的机构中,不 仅连接汽缸缸体和汽缸 盖的螺栓承受轴向拉力, 带动活塞运动的连杆由 于两端都是铰链约束, 因而也是承受轴向载荷 的杆件。
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第7章 轴向拉压杆件的强度与变形计算
第5页/共55页
第7章 轴向拉压杆件的强度与变形计算
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7-2轴向拉压杆斜截面上的应力
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7-2轴向拉压杆斜截面上的应力
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7-3轴向拉压杆的变形计算 胡克定律
7-3 轴向拉压杆的变形计算 胡克定律
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轴向拉压的变形分析
P
P
A 细长杆受拉会变长变细,
P
B 受压会变短变粗
C 长短的变化,沿轴线方向, 称为纵向变形
Dh h
第22页/共55页
7-3轴向拉压杆的变形计算 胡克定律
横向变形与泊松比
实验结果表明,对于同一种材料,若在弹性范围内加载,轴向应变
x与横向应变y 之间存在下列关系:
y x
负号表示纵向与横向变形的方向相反
为材料的另一个常数,称为泊松比(Poisson ratio)。
泊松比为无量纲量。 第23页/共55页
l+Dl l
d-Dd d
D 粗细的变化,与轴线垂直,
称为横向变形
P
P
P
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7-3轴向拉压杆的变形计算 胡克定律
绝对变形 弹性模量
Dl l l 设一长度为l、横截面面积为A的等截面直杆,承受轴
向载荷后,其长度变为l十Dl,其中Dl为杆的伸长量。
Dl FN l A

《材料力学》课件2-4拉(压)杆的变形.胡克定律

《材料力学》课件2-4拉(压)杆的变形.胡克定律

拉(压)杆的综合变形
综合变形
杆件在受到拉力或压力作用时,不仅会发生轴向变形和横向变形,还可能发生弯曲变形 等其他形式的变形。
胡克定律的应用
胡克定律只适用于描述杆件的轴向变形,对于其他形式的变形,需要使用更复杂的力学 公式来描述。
Part
02
胡克定律
胡克定律的表述
总结词
胡克定律是材料力学中一个重要的基本定律,它表述了材料 在拉伸或压缩过程中所遵循的应力和应变之间的关系。
胡克定律的局限性
总结词
胡克定律的应用有一定的局限性,它仅适用于线弹性材料,且只考虑了单向受力的情况。
详细描述
胡克定律的应用范围仅限于线弹性材料,对于非线性材料或塑性材料,胡克定律不再适用。此外,胡克定律只考 虑了单向拉伸或压缩受力的情况,对于剪切、弯曲等复杂受力情况,需要引入更复杂的力学模型进行分析。
详细描述
胡克定律指出,在弹性范围内,材料所受的应力与产生的应变 之间成正比,即应力与应变之比为常数,这个常数称为材料的 弹性模量或杨氏模量,用符号E表示。数学表达式为:σ=E*ε, 其中σ为应力,ε为应变。
胡克定律的应用
总结词
胡克定律在工程实践中广泛应用于材料的强度分析、结构设计等方面。
详细描述
通过胡克定律,可以计算出材料在受到拉伸或压缩力时的应力和应变,从而评估 材料的承载能力和安全性。在结构设计时,可以利用胡克定律进行受力分析和优 化设计,以确保结构的稳定性和可靠性。
详细描述
均匀性假设意味着材料在各个部分都 具有相同的性质,如密度、弹性模量 等。这一假设使得我们能够将材料的 性质视为空间位置的常数,从而简化 分析过程。
各向同性假设
总结词
各向同性假设认为材料在各个方向上都 具有相同的性质。
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发表观点。
激发学习动力。
各自发表观点。
通过讲解, 让学生 明确如何运用胡 克定律进行杆件 轴向拉压变形的 计算。
P lP教 Fra bibliotek引 导 学 生 比 较两个例题,
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例题二、已知:载荷 P,杆子 面积 A,长度 a,材料弹性模量 E,求杆子的总伸长量。
(对口单招大纲要求:掌握虎克定律,掌握杆件轴向变形的计算和线应变的概念。)
〖知识目标〗 1.掌握线应变等有关概念。 2.理解并掌握胡克定律。 3.掌握杆件轴向变形计算。 〘教学目标〙 〖能力目标〗 能够在理解胡克定律的基础上运用胡克定律解决实际工程中的力学相 关问题。 提高学生的自主学习能力。 〖情感目标〗 培养严谨求实的科学态度;提高学生学习热情;树立安全意识。
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框题三.------ 轴向拉、压杆件的变形 “轴向拉、压杆件的变形”教案(第 1、2 课时)
学 科 建筑力学 轴向拉、压缩杆件的变形 年 学 级 时 高二 2
课题名称
这节课我们主要完成的是胡克定律于杆件轴向拉伸与压缩变形计算中 〘内容分析〙 的应用。在启发探究、对比教学、知识疏导过程中,学生拓宽了知识面, 理解了线应变等有关概念;掌握了胡克定律的内容及表达形式,并学会了 运用这一定律解决有关杆件轴向拉、压的变形问题。 本课程的教学对象是职业中学高二年级综合班参加对口单招的学生。 〘学情分析〙 本章开篇已经介绍过轴向拉伸与压缩的基本特点,学生对材料力学的研究 对象和内容有了基本的了解;通过课前学案进行了预习,对杆件轴向拉伸 与压缩的变形有了初步的认识,学习积极性较好。
讨 论 得 出相 应 结 论。 通过对比和讨论, 总结解题思路和 方法, 同时也对线 应变的概念进一 步深入理解。
1
4P a
2
P
a
小结 (6 分钟)
学生演练 (15 分钟)
结束本课时,我要求学生分组探讨,归纳总结,从而得出结论:本节课主要讲授了哪些知识点,重难点是什 么。比一比,哪一组归纳得更全面、更到位。通过这种分组比赛的形式,既可以检查学生的掌握情况,也可 以产生竞争机制和动力,产生更好的学习效果,也突出了学生在课堂教学中的主体地位。 题一。 如图所示的 AC 杆, 已知 AB、 两段的线应变各为ε1、 AC ε2, 能不能说 AC 杆的总应变ε=ε1+ε2?为什么? (加深对线应变概念的理解。 ) 题二。 一根直径 d=10mm 的圆截面直杆, 在轴向拉力 P 作用下, 直径缩减了 0.0025mm,如材料的弹性模量 E=2.1 ×10 MPa,泊松比ν=0.3,试求轴向拉力 P。 拓展练习:求如图所示木柱的 长度改变。木材(顺纹)的弹 将任务要求通过 将任务 要求 通过 性模量 E=10Gpa,木柱的横截 教学平台,展示 教学平台, 展示给 面面积为 A=200*200 mm² 。 (图 给学生。 学生。 略,详见多媒体课件) 学生在这节课学 习的基础上完成 作业,强化和巩 固新知。 目的是让学生巩 固所学, 进一步掌 握胡克定律及其 应用。
分组讨论,
对比教学,
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2.胡克定律的内容: 平台进行几种变 启 发 探 究 及 讲 授 两种表达形式及其内容。 形的动画演示。 法 进行 基本 概 念 a.内力表达式:△L=NL/EA 的讲解。 内容:在弹性受力范围内,杆 件的纵向变形与轴力及杆长成 正比、与杆件的横截面面积成 反比。 b.应力表达式:ε=σ/E 内容:在弹性受力范围内,应 力与应变成正比。 注意前提条件(在弹性受力范 围内) 。 例题一、圆截面杆,d=10mmm, l=1m,Q235 钢,E=210GPa,σ s=235MPa,P=10kN,材料服从 胡克定律。 Δl, σ 求: ε, (图 略,详见多媒体课件。 ) 实际应用 (30 分钟) 用多媒体教学平 台展示。
课题导入 (8 分钟)
提出问题, 用多媒体教学平 总结评价, 台展示有关视 引出课题. 频。 提问检验预习 效果。
参看视频, 思考问题, 回答问题。
第 一 课
通过视频的播放, 一方面激发学生 兴趣,另一方面, 是抽象知识及力 学模型形象化、 直 观化, 便于学生理 解。

课题探讨 (22 分钟)
一、理解基本概念。 1.弹性变形与塑性变形; 2.纵向变形与横向变形; 3.线应变ε与横向应变ε ’ 4.泊松比 ν = ︳ε ’ / ε ︳ 二、重难点剖析。 1. 常识补充 (胡克定 律的命 多 媒 体 演示 的 基 名) 。 运用多媒体教学 础上,运用对比、
5
拓展与答疑 (8 分钟)
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教学反思
成功的地方: 1、课题引入时由工程案例为导入对象,激发学生兴趣,以诱发学生的思维动机,导正思维航向为目的,为 学生的自主学习打下基础。 2、利用网络资源、探究式学习等形式,为学生的自主学习创造了条件,对培养学生养成循序渐进、理论联 系实际习惯,起到积极的促进作用。 3、紧扣教学大纲要求,结合学生学习现状及知识层次,采用启发式、案例教学、分组讨论等教学方法;并 充分利用多媒体资源和身边的工具进行形象化教学。调动学生的学习积极性和主动性,变被动学习为主动学 习。意在提高学生学习本专业的兴趣和信心,培养严谨求实的科学态度,提高学生的安全意识。 存在问题: 内容紧凑,基本能够完成预定目标,但对于一些基础薄弱的学生而言,掌握情况并不能尽如人意。针对 这一不足,可以尝试采用学生结对一帮一的方法,帮助基础薄弱的学生进一步掌握课堂所学,巩固教学目标 的实现。
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教学过程(一)
课时 按排 教学环节 教学内容 教师演示苏通大桥施工动画。 提出问题: 1.结构的功能要求包括那三方 面? 2.对于斜拉桥的拉索这类轴向 拉压构件如果变形量超过一定 范围是否安全? 3.多媒体给出预习效果检验习 题。 信息技术 在该环节的应用 教师活动 学生活动 设计意图
〘教学重点〙
1.线应变的概念。 2.胡克定律及其应用。
〘教学难点〙 胡克定律在杆件轴向变形计算中的应用。
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整个教学过程分为以下步骤: 步骤一.课题导入: 案例及问题导入 问题设置: 1.结构的功能要求包括那三方面? 2.对于斜拉桥的拉索这类轴向拉压构件如果变形量超过一定范围是 否安全? 〘设计思路〙 从而引入课题:轴向拉伸与压缩杆件的变形。 步骤二.课题探讨: 1.理解线应变等基本概念。 (概念的理解与演示说明。 ) 2.理解并掌握胡克定律的内容。 (定律的讲解与探讨分析。 ) 3.掌握胡克定律在杆件轴向变形计算中的应用。 步骤三.实际应用。 (例题分析及讨论。 ) 步骤四.小结与拓展:答疑与课后练习。 本课以学生为主体,合理设置问题,采取启发探究手段,引导学生分 〘理论依据〙 组讨论,在教师引导的前提下,学生独立完成杆件轴向变形的计算。结合 案例教学,激发学生兴趣,化被动学习为主动探索,提高课堂效率。 〘教学方法〙 讲授法、演示法、启发探究、对比讨论等。 1.教材; 〘教学资源〙 2.PPT 课件; 3.互联网下载的视频资料; 4.多媒体教学平台
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