材料力学-连接件强度计算的工程意义
材料力学第二章-剪切与连接件的实用计算
工程力 学
§2-4 挤压问题
第二种破坏方式为铆钉与钢板间的局部 接触，互相挤压，导致破坏。接触面上的压 力称为挤压力。记为Pbs Abs bs bs — 名义挤压应力 P n Abs [ bs ] bs bs u bs u P
u
Pbs
Pbs 工程力 学
Abs bs bs ] [ 强度条件： Pbs
直径投影面
Pbs： 挤压力 Abs：计算挤压面面积 接触面为平面，则计算挤压面为接触面。 接触面为半圆柱面，则计算挤压面为直径投影面。 挤压应力是连接件与被连接件之间的相互 作用，因此，当两者材料不相同时，应校核挤 压许用应力较低的材料的挤压强度。
工程力 学
例 2–3 一销钉连接如图所示。已知外力
P=15kN ，被连接件的厚度分别为 t1=6mm 和 t2=10mm，材料的许用剪应力 [ ]=30MPa，许 用挤压应力[bs]=100MPa，试设计销钉直径。
p
t1
t2 t1
p
工程力 学
解： 作销钉受力图如图示
按剪切强度条件设计 销钉有两个受剪面n –n和m – m
工程力 学
回到例题
截面法 A Q 平均剪应力称为名义剪应力
A u Q n [ ]
u
强度分析 QP
A：受剪面面积 名义极限剪应力 Q m
强度条件为 A [ ] Q
m P
m
P
m P
工程力 学
例2–1 两块矩形截面木杆用两块钢板连接 如图所示，P=60kN，木材顺纹剪切许用应力为 []=1MPa ，木板截面宽度 b=0.15m ，试求接头 的长度L。 P L L
《材料力学》判断题复习
《材料力学》判断题复习1、材料力学主要研究杆件受力后变形与破坏地规律。
（√）2、内力只能是力。
（×)3、若物体各点均无位移，则该物体必定无变形。
（√）4、截面法是分析应力地基本方法。
（× )5、构件抵抗破坏地能力,称为刚度。
（×）6、构件抵抗变形地能力，称为强度。
(×）7、构件在原有几何形状下保持平衡地能力，称为构件地稳定性。
（√）8、连续性假设，是对变形固体所作地基本假设之一。
（√）9、材料沿不同方向呈现不同地力学性能，这一性质称为各向同性。
(×）10、材料力学只研究处于完全弹性变形地构件。
（√）11、长度远大于横向尺寸地构件,称为杆件。
（√）12、研究构件地内力,通常采用实验法。
（×)13、求内力地方法，可以归纳为“截-取-代—平”四个字。
（√）19、δ=7%地材料是塑性材料。
（√）20、塑性材料地极限应力为其屈服点应力。
（√）21、“许用应力”为允许达到地最大工作应力。
（√）22、“静不定系统"中一定存在“多余约束力”。
（√）23、用脆性材料制成地杆件,应考虑“应力集中”地影响。
（√）24、进行挤压计算时,圆柱面挤压面面积取为实际接触面地正投影面面积。
（√）25、冲床冲剪工件,属于利用“剪切破坏"问题。
（√）26、同一件上有两个剪切面地剪切称为单剪切。
(×)27、等直圆轴扭转时，横截面上只存在切应力。
（√）28、圆轴扭转时，最大切应力发生在截面中心处。
（×）29、在截面面积相等地条件下，空心圆轴地抗扭能力比实心圆轴大。
（√）30、使杆件产生轴向拉压变形地外力必须是一对沿杆件轴线地集中力。
（×）31、轴力越大，杆件越容易被拉断，因此轴力地大小可以用来判断杆件地强度。
(×)32、内力是指物体受力后其内部产生地附加相互作用力。
（√）33、同一截面上，σ必定大小相等，方向相同。
（×）34、杆件某个横截面上，若轴力不为零,则各点地正应力均不为零。
材料力学剪切应力
2.板的
解：1.
剪 板切的FA强拉N 度伸
F 强(b度 2
d
)
Fs F
50103
例题3-1
50 10 3
(0.15 2 0.017 ) 0.01
A 4a 40.080.01
43 .1 10 6 43 .1MPa [ ]
15.7106 15.7MPa[]
13
d
一 连接件的强
度计算
单击此处添加小标题
G E
2(1 ) 表明3个常数只有2
个是独立的
单击此处添加小标题
3-2 纯剪切 切应 力互等定理 剪切胡克定律
21
小结
剪切变形的特点 剪切实用计算 纯剪切的概念 切应力互等定理 剪切胡克定理
3.挤压实用计算
22
3—3第、三6章、作8、业 10、
23
2-11 剪切
BRAND PLANING
商业产品部
1
2-11 剪 切
2 纯剪切 切应力互等定理 剪切胡克定律
3 剪切应变能
1 连接件的强度计算
2
一 连接件的强 度计算
剪切的工程实例
3
一 连接件 的强度计算
4
一 连接件 的强度计算
5
一 连接件的强度计算
螺栓连接 铆钉连接 销轴连接
6
一 连接件的强度计算
切应力强度条件： Fs
A
F 常由实验方法确定
8
一 连接件的强度计 算
Fbs Fbs
3.挤压的实用计算
假 得设 实应 用力 挤在 压挤 应压 力面公上式是均 匀bs 分 布FA的bbss
挤压强度条件：
常由实验方法确定
*注意挤压A面b面s 积d的计算
材料力学第2章 连接部分的计算
b
d
3.铆钉的剪切强度
a
Fs 4F 2F 2 2 A 2 πd πd 2 50 10 3 2 π 0.017 110 10 6 110 MPa [ ]
4.板和铆钉的挤压强度 Fbs F 50 103 bs Abs 2d 2 0.017 0.01
40 10 3 4 2 ba 50 10 m bs 8 10 6 FS P 2. 顺纹剪切强度条件为 A bl P
ba
b 11.4 10 2 m 114 mm l 35.1 10 2 m 351mm a 4.4 10 2 m 44 mm
bs 2
为充分利用材料，切 应力和挤压应力应满足
Fbs F bs Abs dh
4F 8h F 2 2 d d dh
b
d
a
图示接头，受轴向力F 作 用。已知F=50kN，b=150mm， δ=10mm，d=17mm，a=80mm， [σ]=160MPa，[τ]=120MPa， [σbs]=320MPa，铆钉和板的材 料相同，试校核其强度。
例: t=2mm,b=15mm,d=4mm， []= 100MPa, [bs]= 300MPa, []= 160MPa，计算许用载荷[F]。
F
b
F
F
t
F
F 3-3 2－2 F t 1－1
b
F
F
解：一、破坏形式分析 1.剪断(沿1-1截面) 2.拉断(沿2-2截面) 3.“剪豁” (剪出缺口 3-3截面) 4.挤压破坏
d 2
F td 2.4kN
材料力学在工程中的实际应用
材料力学在工程中的实际应用目录一、关于拉伸或压缩的强度设计 (2)二、圆轴扭转时轴截面尺寸的设计 (5)1、圆轴扭转时，横截面上的内力偶矩——扭矩 (6)2、圆轴扭转的时候，横截面上的应力、强度条件 (7)3、圆轴扭转时的变形，刚度条件 (8)三、矩形横截面弯曲梁的bxh设计 (9)1、梁的正应力、正应力强度条件 (9)2、梁的切应力、切应力强度条件 (11)四、扭转和弯曲的组合变形轴的设计 (12)五、压杆稳定性校核方面问题 (13)1、弹性平衡稳定性的概念 (13)2、细长压杆临界载荷的欧拉公式 (14)3、三类压杆的临界载荷 (14)4、压杆稳定校核. (15)5、如何提高压杆的稳定性 (16)材料力学在工程中的实际应用材料力学是一门研究构件承载能力的学科。
作为土木建筑类的三大基础学科之一，材料力学是设计工业设施必须掌握的知识。
而在本学期的课程中，我不仅在老师的带领下学到了本学科的内容，更深刻了解到了本学科的严谨和重要性。
材料力学在生活中的应用非常广泛，大到机械中的各种机器建筑中的各个结构，小到生活中的日用产品。
各种物件都要符合它的强度和刚度以及稳定性要求才能够正常工作、保证使用者的安全。
而生活中机械常用的连接件如铆钉、键、销钉、螺栓等的变形均属于剪切变形，在设计时应主要考虑其剪切应力；汽车的传动轴、转向轴的变形则属于扭转变形；火车轴和起重机大梁的变形属于弯曲变形。
但是，往往在我们设计的时候需要同时考虑几个方面的变形，比如说在车床工作的时候，同时发生了扭转、弯曲和压缩三种基本变形。
材料力学在工程中常常会遇到的问题有：一、关于拉伸或压缩的强度设计拉伸和压缩是杆件基本受力与变形形式中最简单的一种，所涉及的一些基本原理和方法也都相对简单，但是在材料力学中有一定的普遍意义。
举例：（1）一些机器和结构中所用到的各种紧固螺栓，在紧固的时候，要对螺栓市价预紧力，螺栓承受轴向拉力就会发生伸长变形（2）斜拉桥承受拉力的钢缆以上这些举例均为轴向拉伸和压缩的日常实例，而我们在解决问题时，通常会将实物简化为如下形式：这样不仅让问题看起来更简单、更直观，也便于将应力的计算最简化，免于误算漏算多算等情况。
《材料力学》讲义笔记习题答案(1)
课时一截面法1.基础知识题1.为了保证工程构件的正常工作，构件应满足、、。
解：强度条件、刚度条件、稳定性条件。
题2.在材料力学中，变形固体的三个基本假设为：、、。
解：连续性假设、均匀性假设、各向同性假设。
题3.在材料力学中，变形的四种基本形式为、、、。
解：拉压、剪切、扭转、弯曲。
2.截面法题1.杆件受力如图所示，则11-截面的轴力为，22-截面的轴力为。
解：11-截面：,11000N F +=,1100N F N⇒=-22-截面：,2100100N F +=,20N F N⇒=题2.材料力学中求内力的基本方法是。
解：截面法。
考点重要程度占分常见题型1.内容概要★★★04填空2.截面法必考基础知识填空100N ,1N F 11截面法：截、取、代、平22100NN,2F 100N21N200100N100N21x解：2234B q a a qa a F a ⨯⨯+⨯=⨯()2B F qa ⇒=↑22S F qa qa +=0S F ⇒=222qa a M qa a⨯+=⨯()22M qa ⇒=答案：0S F =，22M qa =课时一练习题1．材料力学的主要任务是解决零件设计中的强度问题、问题和问题。
2．材料力学中，对可变形固体作出了三个基本假设，即连续性、均匀性和假设。
3．下列变形中，不属于基本变形的是（）。
.A 扭转.B 剪切.C 斜弯曲.D 拉伸与压缩4．在材料力学中，分析计算杆件内力采用的是（）。
.A 几何法.B 解析法.C 截面法.D 矢量法5．如图所示结构，截面11-、22-、33-的轴力分别为、、。
6．如图所示外伸梁，截面B 的内力分别为：=S F ，M =。
S F ：使隔离体顺时针转动为正M ：下侧受拉为正qa2MCDBqa 2S F q2F qa =ABCDa2aaqABCDaaa2qa 23123140kN 20kN30kN课时二拉压变形1.轴力图题1.如图所示杆件，画出轴力图解题思路（考试时不必写出）（1）11-截面：（2）22-截面：（3）33-截面：解：考点重要程度分值常见题型1.轴力图必考58 作图题2.应力、应变与变形812 大题3.应力应变曲线★★★03填空、选择213140kN30kN20kN2350kNx1150kN1N F ，,150N F kN=,2,2504010N N F F kN=+⇒=3320020N N F F kN+=⇒=-，，50kN40kN,2N F 2220kN3N F ，3350kN 10kN+-+xNF2.应力、应变与变形题1.图示阶梯形杆221212,10,200,100,40,200AC P kN l l mm A mm A mm E GPa ======,求：（1）绘制轴力图；（2）确定杆横截面上的最大正应力是多少？处于哪一段？（3）AC 杆轴向总变形ACL ∆解：（1）（2）3861301031030010010σ-⨯===⨯=⨯ABN ABF Pa MPa A 38621010 2.5102504010σ-⨯===⨯=⨯BCN BCF Pa MPa A max 300σσ==AB MPa ，处于AB 段（3）2112BC AB N N AC AB BC F l F l l l l EA EA ⋅⋅∆=∆+∆=+333396963010200101010200102001010010200104010m ----⎛⎫⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⨯⎝⎭45.5100.55m mm -=⨯=（1）应力：σ=N F A（单位面积上的内力）（2）应变：NF E EAσε==（单位长度变形）（3）变形：N F l l l EAε∆=⋅=6110=MPa Pa 9110=GPa Pa3P2PPCBA1l 2l [][][]22444σσππσσπ⎧=≤⇒⎪⎪⎪⎪⇒≥⇒⎨⎪⎪⋅⎪≤⇒⎪⎩N N NF d F d d F 强度校核截面尺寸设计载荷设计（以圆截面杆为例）()2242σππ===N N NF F F A d d （:E 弹性模量）30kN 10kN++F题2.刚性杆ACB 由圆杆CD 悬挂在C 点，B 端作用集中力25P kN =。
机械设计中的强度计算方法
机械设计中的强度计算方法在机械设计中，强度计算是一个极其重要的环节。
无论是机械产品的设计还是机械结构的分析，都需要对其强度进行计算和验证。
因此，强度计算方法的正确性和准确性在机械工程中具有决定性的作用。
1. 强度计算的基本原理强度计算是机械设计的重要组成部分，目的是为了评估机械部件在使用过程中是否能够承受所受到的所有荷载，并且不会发生破坏。
其基本原理是根据机械零件的几何形状、材料性质、荷载特性以及破坏的准则来进行计算。
在强度计算中，最常用的计算方法是破坏理论和损伤理论。
破坏理论是指在机械零件在受到一定荷载作用后，破坏所能承受的最大值，其包括极限强度和疲劳极限强度两种计算方法。
而损伤理论则是在机械零件在受到很小荷载作用后，随着荷载的不断增大，机械零件逐渐损伤，最终发生破坏。
2. 强度计算的常用方法从强度计算的物理实质来看，其方法多种多样，常用的方法有破坏理论、有限元法和弹性力学法等。
破坏理论破坏理论是强度计算中最常用的方法之一，其基本假设是材料具有弹塑性的本质。
常用的破坏理论有极限强度理论、最大剪应力理论、最大正应力理论等。
其中，极限强度理论认为，材料在某一特定条件下能够承受的最大荷载与其材料的极限强度有关。
而其他破坏理论则更注重不同的应力状态下材料之间的差异，例如最大正应力理论认为，材料受力时发生破坏的条件是正应力达到其正应力极限时。
有限元法有限元法是综合应用物理力学、数学和计算机科学等学科的一种现代计算方法。
在机械工程领域中，有限元法主要用于机械零件的强度计算和疲劳寿命评估。
其步骤包括建立有限元模型、计算应力和应变、确定材料参数和荷载情况，最终得到机械部件的强度计算结果。
弹性力学法弹性力学法是对材料弹性和刚性的研究方法。
在机械工程中，其常用于解决静力学问题，如机械部件受荷时的应变和应力分布。
在弹性力学法中，常用的方法有弯曲理论、材料力学、接触力学和薄板理论等。
3. 常见的强度计算实例强度计算方法的应用范围非常广泛，涉及到各种类型的机械零件和结构。
工程强度计算方案
工程强度计算方案一、引言工程强度计算是指对工程结构的强度、稳定性和耐久性进行分析和计算的过程。
在工程设计和施工中，工程强度计算是非常重要的一环，它直接影响着工程结构的安全性和稳定性。
因此，科学、合理的工程强度计算方案对于保障工程结构的安全和可靠性具有重要意义。
本文将针对工程强度计算的基本原理、方法和技术进行分析和总结，着重阐述了工程强度计算的基本流程、影响因素、相关规范和标准，以及在实际工程中的应用和注意事项。
通过本文的讨论，旨在进一步加深对工程强度计算的理解，提高工程设计和施工的质量和效率。
二、工程强度计算的基本原理与方法1. 工程强度计算的基本原理在工程设计和施工过程中，工程强度计算是根据工程结构的受力状态、材料性能、结构形式等因素，通过一定的公式和计算方法，对结构的受力、变形、破坏等情况进行分析和判断，以确保结构的安全和可靠。
工程强度计算涉及到多种受力情况和计算方法，包括静力分析、动力分析、弹性分析、极限状态、破坏状态等等。
工程强度计算基于材料力学、结构力学和工程力学等知识，运用一定的理论模型和实验数据，对工程结构的受力性能进行分析和评估。
2. 工程强度计算的方法工程强度计算的方法主要包括静力分析、动力分析和有限元分析等。
静力分析是最常用的工程强度计算方法，它是根据工程结构处于静力平衡状态时的受力情况，通过力学平衡方程和变形方程进行计算和分析。
动力分析是在工程结构受到外部荷载作用时，考虑结构的动态响应规律，通过动力学方程和振动方程进行计算和分析。
有限元分析是一种基于有限元法的数字模拟方法，将结构分割为有限的单元，通过离散化的数学模型进行计算和分析。
除了上述方法之外，还有其他的工程强度计算方法，如试验方法、理论分析、经验公式、仿真模拟等。
这些方法在工程设计和施工中都有着不同的应用和价值，可以根据工程结构的具体情况和要求，选择合适的计算方法进行分析和评估。
三、工程强度计算的基本流程与影响因素1. 工程强度计算的基本流程工程强度计算的基本流程包括受力分析、材料计算、结构稳定、极限状态和破坏状态等几个主要环节。
材料力学第3章-连接件的剪切与挤压假定计算
第3章 连接件强度的工程假定计算
01
03
02
挤压接触面上的应力分布同样也是比较复杂的。因此在工程计算中，也是采用简化方法，即假定挤压应力在有效挤压面上均匀分布。有效挤压面简称挤压面（bearing surface），它是指挤压面面积在垂直于总挤压力作用线平面上的投影。若连接件直径为d，连接板厚度为，则有效挤压面面积为d。
剪切假定计算
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第3章 连接件强度的工程假定计算
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第3章 连接件强度的工程假定计算
一个剪切面 剪切面 剪切假定计算
第3章 连接件强度的工程假定计算
剪切面 二个剪切面 剪切假定计算
第3章 连接件强度的工程假定计算
设计准则
剪切假定计算
挤压假定计算
挤压假定计算
第3章 连接件强度的工程假定计算
01
03
02
有效挤压面 连接件直径为d，连接板厚度为，则有效挤压面面积为d。 挤压假定计算 第3章 连接件强度的工程假定计算
第3章 连接件强度的工程假定计算
设计准则 挤压假定计算
焊缝假定计算
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01
第3章 连接件强度的工程假定计算
第3章 连接件强度的工程假定计算
第3章 连接件强度的工程假定计算
Grand Canyon
大自然的剪切效应
第3章 连接件强度的工程假定计算
第3章 连接件强度的工程假定计算
第3章 连接件强度的工程假定计算
大自然的剪切效应
Grand Canyon
第3章 连接件强度的工程假定计算
结论与讨论
注意综合应用基本概念与基本理论 处理工程构件的强度问题
材料力学基本第四章 连接件的剪切与挤压强度工程计算
2 fx /
2
2
2 fz
3 ffw
可得角焊缝计算的基本公式为
2 3
(
2 fx
2 fy
fx
fy
)
2 fz
ffw
➢仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时
f N /(he lw ) ffw
➢仅有一垂直于焊缝长度方向的轴心力时
f N /(he lw ) f ffw
➢同时有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力时
相互作用面。此处为半个圆柱面。
挤压力Fbs:联接件与被连接件之间的相 互作用力。此处Fbs=F。
如果挤压力过大，联接件或被联接件在挤压面附近产 生明显的塑性变形，使联接件被压扁或钉孔称为长圆形， 造成联接松动。称为挤压破坏。
在有些情况下，构件在剪切破坏之前可能首先发生 挤压破坏，所以需要建立挤压强度条件。
钢板
d
冲模
解：剪切面是钢板内被冲头冲出
的圆柱体的侧面:
A dt
t
冲孔所需要的冲剪力：
F A 0
故
F
剪切面
A
F
0
400 103 300
1.33103 mm
1.33 103
t
12.46mm
d
4.2 焊缝强度的剪切假定计算
剪切强度条件 =FQ/A[]=b/n
一、角焊缝强度计算
（一）角焊缝强度计算公式
Fbs Abs
F /2
b
[ bs ]
F 10mm 2b[ bs ]
例题3
已知外载集度p=2MPa, 角钢厚t=12mm, 长 L=150mm, 宽b=60mm， 螺栓直径 d=15mm. 许用切应力为 [ ] 70MPa，许用挤压应力
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试：校核接头强度
何斌
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材料力学
解：1. 接头受力分析
例题2
第4章 圆轴扭转
当各铆钉的材料与直径均相同，且外力作用线在 铆钉群剪切面上的投影，通过铆钉群剪切面形心时， 通常认为各铆钉剪切面上的剪力相等
何斌
Page 5
材料力学
例题2
2. 强度校核
剪切强度：
FS
F 4
4FS π d2
F π d2
99.5
MPa
[ ]
挤压强度：
bs
Fb dd
FS dd
125 MPa [ bs ]
拉伸强度：
何斌
1
FN1 A1
F
(b d )d
125 MPa
[ ]
2
FN2 A2
3F
4(b 2d )d
125 MPa
[ ]
材料力学6
2020年9月12日星期六
材料力学
第4章 圆轴扭转
附加 连接件强度的工程假定计算
连接件强度计算的工程意义
剪切假定计 算 挤压假定计算
焊缝假定计算
何斌
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材料力学
例题1
第4章 圆轴扭转
已知板厚 t 10mm ，铆钉直径 d 17mm ，铆钉的
许用切应力[ ] 120MPa，许用挤压应力 [ bs ] 320MPa, F 50KN, 试校核铆钉强度。
第4章 圆轴扭转
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解：铆钉受双剪
Fs 2A
2F
d2
F
F
2 50103
172
112MPa
<50 103 10 17
294MPa < bs
故铆钉强度足够。
何斌
Page 3
材料力学
例题2
第4章 圆轴扭转
已知：F = 80 kN, d = 10 mm, b = 80 mm, d = 16 mm, [ ]