材料力学轴向拉压

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材料力学第3章 轴向拉压变形

材料力学第3章 轴向拉压变形
Fy 0 :FN1 sin 30 FN3 sin 30 F
(2) 变形协调方程
Δl2 Δl1 Δl3 Δl2 tan30 sin 30 sin 30 tan30
秦飞 编著《材料力学》 第3章 轴向拉压变形
31
3.4 拉压杆静不定问题的解法
例题3-5
(3) 利用物性关系,用力表示变形协调方程
切
B点水平位移:
线 代
圆
Fa
弧
Bx BB1 l1 EA ()
B点铅垂位移:
By

BB'

l2 sin 45

l1
tan
45

(1
2
2) Fa EA
()
秦飞 编著《材料力学》 第3章 轴向拉压变形
19
3.3 桁架的节点位移
例题3-3
图示托架,由横梁AB与斜撑杆CD所组成,并承受集中载荷
2
3.1拉压杆的轴向变形与横向变形
轴向应变: l 胡克定律: FN
l
E EA
所以得到: l FNl EA
(拉压杆胡克定律)
l FNl EA
EA为拉压刚度,只与材料和横截面面积有关。
秦飞 编著《材料力学》 第3章 轴向拉压变形
3
3.1拉压杆的轴向变形与横向变形
(2)补充方程-变形协调方程(compatibility equation)
l1
tan

l2
sin

l3
秦飞 编著《材料力学》 第3章 轴向拉压变形
25
3.4 拉压杆静不定问题 解法
(3)物性(物理)关系
l1

FN1l1 E1 A1

材料力学轴向拉压题目+答案详解

材料力学轴向拉压题目+答案详解

2-4. 图示结构中,1、2两杆的横截面直径分别为10mm 和20mm ,试求两杆内的应力。

设两根横梁皆为刚体。

解:(1)以整体为研究对象,易见A 处的水平约束反力为零; (2)以AB 为研究对象由平衡方程知0===A B B R Y X(3)以杆BD 为研究对象由平衡方程求得KNN N NY KNN N mC20010 01001101 021211==--===⨯-⨯=∑∑(4)杆内的应力为MPa A N MPa A N 7.63204102012710410102322223111=⨯⨯⨯===⨯⨯⨯==πσπσ2-19. 在图示结构中,设AB 和CD 为刚杆,重量不计。

铝杆EF 的l 1=1m ,A 1=500mm 2,E 1=70GPa 。

钢杆AC 的l 2=,A 2=300mm 2,E 2=200GPa 。

若载荷作用点G 的垂直位移不得超过。

试求P 的数值。

解:(1)由平衡条件求出EF 和AC 杆的内力P N N N P N N AC EF AC4332 2112=====(2)求G 处的位移22221111212243)ΔΔ23(21)ΔΔ(21Δ21ΔA E l N A E l N l l l l l l A C G +=+=+== (3)由题意kNP P P A E Pl A E Pl mml G 1125.2300102001500500107010009212143435.233222111≤∴≤⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=⨯⨯+⨯⨯≤ 2-27. 在图示简单杆系中,设AB 和AC 分别是直径 为20mm 和24mm的圆截面杆,E=200GPa ,P=5kN ,试求A 点的垂直位移。

解:(1)以铰A 为研究对象,计算杆AB 和杆AC 的受力kN N kN N AC AB 66.3 48.4==(2)两杆的变形为()伸长mm πEA l N l ABAB AB AB201.04201020045cos 20001048.42303=⨯⨯⨯⨯⨯==Δ ()缩短mm πEA l N l ACAC AC AC 0934.04241020030cos 20001066.32303=⨯⨯⨯⨯⨯==Δ (3)如图,A 点受力后将位移至A ’,所以A 点的垂直位移为AA ’’mmctg A A l A A AA A A mmA A ctg A A ctg A A A mm AA AA AA AA A A A A l l AB A AB AC 249.00355.0284.0 4545sin /Δ 035.0 4530A 0972.030sin /45sin /AΔΔAA ΔAA 00330043010243434321=-='''-=''-=''=∴='''∴'''+'''==-=-='==δ 又中在图中2-36. 在图示结构中,设AC 梁为刚杆,杆件1、2、3的横截面面积相等,材料相同。

材料力学课件-第三章-轴向拉压变形

材料力学课件-第三章-轴向拉压变形

Δ
F
f
o


d
A

d
•弹性体功能原理:Vε W ,
f df
• 拉压杆应变能
2 FN l V ε 2 EA
Page28
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
*非线性弹性材料
F
f
•外力功计算
W fd
0

F W 2
•功能原理是否成立? •应变能如何计算计算?

dx
dz
dy
x
•单向受力体应变能
V v dxdydz dxdydz 2E
2
z
单向受力
Page30
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
2 dxdydz •单向受力体应变能 V v dxdydz 2E FN ( x ) •拉压杆 (x)= , dydz A A 2 FN ( x ) V dx (变力变截面杆) y 2 EA( x ) l 2 FN l dx (常应力等直杆) V dz 2 EA •纯剪应变能密度 dy dxdz dy dxdydz dVε 2 2 2 1 2 z v G 纯剪切
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
第三章
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4
§3-5 §3-6
轴向拉压变形
引言 拉压杆的变形与叠加原理 桁架的节点位移 拉压与剪切应变能
简单拉压静不定问题 热应力与预应力
Page1
BUAA
MECHANICS OF MATERIALS
本章主要研究:
Page7

材料力学 轴向拉压内力、应力讲解

材料力学  轴向拉压内力、应力讲解

ac
F
a
c
F
b
d
② 实验现象
bd
变形前,我们在横向所作的两条平行线ab、cd,
在变形后,仍然保持为直线,且仍然垂直于轴线,只
是分别移至a’b’、c’d’位置。
19
Mechanic of Materials
§2-2 轴向拉压杆横截面的内力和应力
③ 实验结论
变形前为平面的横
截面,变形后仍保持为
FN3 55 40 10 5kN 压
FN4 20kN =10 + 40-55+ 25拉
20kN
15
Mechanic of Materials
§2-2 轴向拉压杆的内力和应力
二.轴力图: 表征轴力沿轴变化规律的图象。
1、作法:
A、用截面法求出各段轴力的大小;
B、选一个坐标系,用其横坐标表示横截面的位置,纵
轴线的纵向截面上无任何应力。
31
Mechanic of Materials
轴力和轴力图 讨论题
1、以下关于轴力的说法中,哪一个是错误的 。
A.拉压杆的横截面上内力只有轴力。 B.轴力的作用线与杆轴重合。 C.轴力是沿杆轴作用的外力。 D.轴力与杆的横截面形状、尺寸大小,以及材料是否相同无关。
32
目录
x
x
xx
x
x
Alx Ax xl
Al
Axlxl
x l
l
A NF(Nx()xN) (xN)(x) (+)
(+)
ll xx
l xl x
GG(x()x)G(xG)N(xF)N FN N
((aa)) (a()b(()ba)) (bc())c)(c)((cd))(d()d) (d)

材料力学--轴向拉伸和压缩

材料力学--轴向拉伸和压缩

2、轴力图的作法:以平行于杆轴线的横坐标(称为基
线)表示横截面的位置;以垂直于杆轴线方向的纵坐
标表示相应横截面上的轴力值,绘制各横截面上的轴 FN
力变化曲线。
x
§2-2 轴力、轴力图
三、轴力图
FN
3、轴力图的作图步骤:
x
①先画基线(横坐标x轴),基线‖轴线;
②画纵坐标,正、负轴力各绘在基线的一侧;
③标注正负号、各控制截面处 、单位及图形名称。
FN
4、作轴力图的注意事项: ①基线一定平行于杆的轴线,轴力图与原图上下截面对齐; ②正负分绘两侧, “拉在上,压在下”,封闭图形; ③正负号标注在图形内,图形上下方相应的地方只标注轴力绝对值,不带正负号; ④整个轴力图比例一致。
50kN 50kN 50kN
第二章 轴向拉伸和压缩
第二章
轴向拉伸和压缩
第二章 轴向拉伸和压缩
§2 — 1 概述
§2 — 2 轴力 轴力图
目
§2 — 3 拉(压)杆截面上的应力
§2 — 4 拉(压)杆的变形 胡克定律 泊松比
录
§2 — 5 材料在拉伸与压缩时的力学性质
§2 — 6 拉(压)杆的强度计算
§2 — 7 拉(压)杆超静定问题
FN
作轴力图的注意事项: ①多力作用时要分段求解,一律先假定为正方向,优先考虑直接法; ②基线‖轴线,正负分绘两侧, “拉在上,压在下”,比例一致,封闭图形; ③正负号标注在图形内,图形上下方相应的地方只标注轴力绝对值,不带正负号; ④阴影线一定垂直于基线,阴影线可画可不画。
§ 2-3拉(压)杆截面上的应力
§2 — 8 连接件的实用计算
§2-1 概述 §2-1 概述
——轴向拉伸或压缩,简称为拉伸或压缩,是最简单也是做基本的变形。

材料力学第二章-轴向拉伸与压缩

材料力学第二章-轴向拉伸与压缩
FN 3 P
1
2
P
P
1
2
FN1
3 P
3
P FN2
PP FN3
FN 1 P FN 2 0 FN 3 P
1
2
4、作内力图
P
P
P
3 P
1 FN
P
2
3
P x
[例2] 图示杆旳A、B、C、D点分别作用着大小为5P、8P、 4P、 P 旳力,方向如图,试画出杆旳轴力图。
OA PA
B PB
C PC
D PD
q
u 正应力旳正负号要求:
sx
sx sx
s
x
P
u 对变截面杆, 当截面变化缓慢时,横截面上旳 正应力也近似为均匀分布,可有:
s (x) FN (x)
A( x)
合力作用线必须与杆件轴线重叠;
圣维南原理
若用与外力系静力等 效旳合力替代原力系, 则这种替代对构件内应 力与应变旳影响只限于 原力系作用区域附近很 小旳范围内。 对于杆件,此范围相当 于横向尺寸旳1~1.5倍。
h
解: 1) BD杆内力N
取AC为研究对象,受力分析如图
mA 0 , (FNsinq ) (hctgq) Px 0
FN
Px
hcosq
2) BD杆旳最大应力: s max FN max PL A hAcosq
突变规律: 1、从左边开始,向左旳力产生正旳轴力,轴力图向上突变。 2、从右边开始,向右旳力产生正旳轴力,轴力图向上突变。 3、突变旳数值等于集中力旳大小。
即:离端面不远处,应力分布就成为均匀旳。
§2–3 直杆轴向拉压时斜截面上旳应力
一、斜截面上旳内力
n

材料力学 轴向拉压3


课堂讨论题
低碳钢加载→卸载→ 再加载路径有以下四种, 请判断哪一个是正确的: (A)OAB →BC →COAB ; (B)OAB →BD →DOAB ; (C)OAB →BAO→ODB; (D)OAB →BD →DB。 正确答案是( D ) 关于材料的力学一般性能,有如下结论,请判断哪一个是正确的: (A)脆性材料的抗拉能力低于其抗压能力; (B)脆性材料的抗拉能力高于其抗压能力; (C)塑性材料的抗拉能力高于其抗压能力; (D)脆性材料的抗拉能力等于其抗压能力。 正确答案是( ) A
§2-5 材料在拉伸与压缩时的力学性能
力学性能:材料在受力后的表现出的变形和破坏特性。 力学性能:材料在受力后的表现出的变形和破坏特性。 不同的材料具有不同的力学性能。 不同的材料具有不同的力学性能。 材料的力学性能可通过实验得到。 材料的力学性能可通过实验得到。 通过实验得到 一、试件与设备
压缩标准试件 拉伸标准试样
4、对应力集中的敏感性 当杆件上有圆孔、凹槽时,受力后,在截面突变处的附近, 当杆件上有圆孔、凹槽时,受力后,在截面突变处的附近,有应力 集中现象。 集中现象。 对于塑性材料来说, 对于塑性材料来说,因为有较 长的屈服阶段, 长的屈服阶段,所以在孔边最大应 力到达屈服极限时, 力到达屈服极限时,若继续加力, 圆孔边缘的应力仍在屈服极限值, 圆孔边缘的应力仍在屈服极限值, 所以应力并不增加, 所以应力并不增加,所增加的外力 只使屈服区域不断扩展。 只使屈服区域不断扩展。 而脆性材料随着外力的增加, 而脆性材料随着外力的增加,孔边应力也急剧地上升并始终保持最 大值。当达到强度极限时,该处首先破裂。 大值。当达到强度极限时,该处首先破裂。 所以,脆性材料对于应力集中十分敏感。而塑性材料则相反。 所以,脆性材料对于应力集中十分敏感。而塑性材料则相反。因 此,应力集中使脆性材料的承载能力显著降低,即使在静载下,也应 应力集中使脆性材料的承载能力显著降低,即使在静载下, 考虑应力集中对构件强度的影响。 考虑应力集中对构件强度的影响。

材料力学单辉祖第三章轴向拉压变形

o x
FN q
q
L
最大正应力发生在x = 0处
P
max
FN (0) P ql (0) A A
P
x
22
Example-变轴力杆
取长度为dx的微元体 由胡克定理知,微元体伸长为
FN ( x) d dx EA
FN ( x) P q(l x)
o x
FN
dx dFN对微段变形忽略
杆件在外力F2作用下 的伸长为
l
2P
P
3l P
2P
l2 P
FN 2 L 2 Pl EA EA
19
Example-多力杆
杆件的总伸长为
l l P l2 P
方法一答案
2 Pl l l1 l2 EA ()
2 Pl EA
2P
P
l
3l
20
Example-变轴力杆
B
60 0
F2 l
F1
l
C A
C"
D
C´ A´
几何关系
45
Example-Bracket
利用几何关系, 得A点垂直位移AA´
A 2CC CD 2 6.0 mm 0 sin 30
l B
600
F2
F1
l
C A
C"
D
C´ A´
几何关系
46
Example-零力杆
求A点的位移
*AB杆不受力不伸长,只转动
()
41
Example-Bracket
图示托架,AB为刚梁,CD为支撑杆,已知 F1=5kN,F2=10kN,l=1m,斜支撑CD为铝 管,弹性模量为E=70GPa,横截面面积为 A=440mm2,求刚梁AB端点A的铅垂位移。

材料力学第三章 轴向拉压变形

FB = 2 FA
由⑵式与⑷式联立解得得: 式与⑷式联立解得得: ⑷
B FB
F FA = FN AC = 3 2F FB = FN BC = 3
×
装配应力 ⒈ 装配应力 超静定结构,由于构件制造误差, 超静定结构,由于构件制造误差,在装配时构件内部会 产生装配应力。静定结构不会产生装配应力。 产生装配应力。静定结构不会产生装配应力。 装配应力 装配应力 静定结构
⑷
FN 1 + 2 FN 2 − 2 F = 0
FN 2 = 2 FN 1
解得: 解得:
}
FN 1
2P 4P = , FN 2 = 5 5
×
解拉压超静定问题的方法和步骤: 解拉压超静定问题的方法和步骤: ⑴画变形的几何图; 画变形的几何图; ⑵根据变形图,建立变形的几何方程; 根据变形图,建立变形的几何方程; ⑶画受力图,其中杆件的轴力应根据变形图来画,即变 画受力图,其中杆件的轴力应根据变形图来画, 形为拉伸杆件的轴力按拉力画, 形为拉伸杆件的轴力按拉力画,变形为压缩杆件的轴力按压 力画; 力画; ⑷根据受力图,建立平衡方程; 根据受力图,建立平衡方程; ⑸根据虎克定律,建立物理方程; 根据虎克定律,建立物理方程; ⑹将物理方程代入几何方程得补充方程; 将物理方程代入几何方程得补充方程; ⑺联立平衡方程与补充方程求解未知量。 联立平衡方程与补充方程求解未知量。
×
求图示结构中刚性杆AB 中点 的位移δC。 中点C 例4 求图示结构中刚性杆
① 2EA EA ②
解:由平衡方程得 l
A
δA
a δC
C a
δB
B
F
P FN 1 = FN 2 = 2 FN 1l Fl δ A = ∆l1 = = EA 2 EA FN 2 l Fl δ B = ∆l 2 = = 2 EA 4 EA

材料力学-第2章 轴向拉压

1 MN/m2=1 MPa=106Pa=1N/mm2
24
材料力学-第2章 轴向拉压
拉压杆的应力和圣维南原理
– 点M处的应力p可分解为
•
•
p
垂直于横截面的法向应力分量 — —称为正应力 相切于横截面的应力分量t ——称为 切应力(剪应力)
t
M

正负号规定 正应力 以离开截面为正,指向截面为负,即拉 应力为正,压应力为负 切应力t 对所截物体内部一点产生顺时针方向的 力矩时为正,反之为负
– 杆件上外力(或外力合力)的作用线与杆的轴线 重合(不是平行) – 杆件的变形沿着轴线方向伸长或缩短(主要变 形),同时,伴随着横截面方向的相应减小和增 大(次要变形)
分别称为简单拉伸和简单压缩,或轴向拉伸 和轴向压缩,相应的构件称为拉(压)杆
7
材料力学-第2章 轴向拉压
轴向拉压的基本概念
•
受力及变形特点
F

F
F
F F cos 0 cos A A cos
p
F 所以: p A
38
材料力学-第2章 轴向拉压
拉压杆的应力和圣维南原理
斜截面上的正应力和切应力

F
所以:
p
F

p
t
p cos 0 cos2 0 t p sin sin 2 2
积分别为A,2A,3A。则三段杆截面上 。
(a)轴力和应力都相等
F
F
F
(b)轴力和应力都不等
(c)轴力相等,应力不等 (d)轴力不等,应力相等
29
材料力学-第2章 轴向拉压
拉压杆的应力和圣维南原理
例: 横截面为正方形的砖柱分为上、下两段,其横截面尺
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