第2章拉伸压缩与剪切.ppt

2.8 2.8 轴向拉伸或压缩时的变形轴向拉伸或压缩时的变形2.9 2.9 轴向拉伸或压缩时的应变能轴向拉伸或压缩时的应变能2.10 2.10 拉伸、压缩超静定问题拉伸、压缩超静定问题2.112.112.112.11温度应力与装配应力温度应力与装配应力温度应力与装配应力温度应力与装配应力2.122.122.122.12应力集中的概念应力集中的概念应力集中的概念应力集中的概念2.132.132.132.13剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算第二章 拉伸、压缩与剪切2.1 2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例轴向拉伸与压缩的概念和实例1、受力特点受力特点：作用于受拉或受作用于受拉或受压杆件上的外力合力的作用线压杆件上的外力合力的作用线与杆件轴线重合与杆件轴线重合2、变形特点变形特点：杆件变形表现为杆件变形表现为沿轴线方向的伸长或缩短沿轴线方向的伸长或缩短FFF受拉杆受拉杆F受压杆受压杆FF第二章 拉伸、压缩与剪切2.1 2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例轴向拉伸与压缩的概念和实例AB第二章 拉伸、压缩与剪切2.1 2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例轴向拉伸与压缩的概念和实例第二章 拉伸、压缩与剪切2.1 2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例轴向拉伸与压缩的概念和实例第二章 拉伸、压缩与剪切2.1 2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例轴向拉伸与压缩的概念和实例2.2 2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力一、拉压杆横截面上的内力及轴力图一、拉压杆横截面上的内力及轴力图150kN100kN50kNFN +-补充实例补充实例:作图示杆件的轴力图，并指出作图示杆件的轴力图，并指出|FN|max1122|FN|max=100kNFN2=-100kN100kN22FN2FN1=50kN1FN1150kN50kN100kN 因为外力因为外力F F的作用线与杆件轴线重合，内力的合力的作用线与杆件轴线重合，内力的合力F FN N的作用线也必然与的作用线也必然与杆件的轴线重合，因此，杆件的轴线重合，因此，F FN N称为轴力。拉伸为称为轴力。拉伸为“”，压缩为，压缩为“-”。轴力图轴力图：沿杆件轴线方向表示轴力的变化情况。沿杆件轴线方向表示轴力的变化情况。二、拉压杆横截面上的应力二、拉压杆横截面上的应力2.2 2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力FF平面假设平面假设：变变形前原为平面的形前原为平面的横截面，变形后横截面，变形后仍保持为平面且仍保持为平面且仍垂直于轴线。仍垂直于轴线。推断推断：拉杆所有纵向纤维的伸长是相等的。拉杆所有纵向纤维的伸长是相等的。拉杆变形前后情况比较拉杆变形前后情况比较2.2 2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力F FN横截面上各点横截面上各点的正应力的正应力相相等，即正应力等，即正应力均匀分布于横均匀分布于横截面上，截面上，等等于常量。于常量。2.2 2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力此公式用于计算作用于杆件端截面上此公式用于计算作用于杆件端截面上的外力均匀分布时的平均应力。而当作的外力均匀分布时的平均应力。而当作用力为集中力时，不能用于描述作用点用力为集中力时，不能用于描述作用点附近的真实情况。附近的真实情况。圣维南原理圣维南原理：作用于物体某一局部区域内的外力作用于物体某一局部区域内的外力系，可以用一个与之静力等效的力系来系，可以用一个与之静力等效的力系来代替。而两力系所产生的应力分布只在代替。而两力系所产生的应力分布只在力系作用区域附近有显著的影响，在离力系作用区域附近有显著的影响，在离开力系作用区域较远处，应力分布几乎开力系作用区域较远处，应力分布几乎相同。相同。2.2 2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力FNABFNBCCdABPa补充实例补充实例：图示支架，图示支架，ABAB杆为圆截面杆，杆为圆截面杆，d=30mmd=30mm，BCBC杆为正方形截面杆，其边长杆为正方形截面杆，其边长a=60mma=60mm，P=10KNP=10KN，试求试求ABAB杆和杆和BCBC杆横截面上的正应力。杆横截面上的正应力。平衡方程平衡方程2.2 2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力补充实例补充实例：图示结构，试求杆件：图示结构，试求杆件AB、CB的应力。的应力。已知已知 F=20kN；斜杆；斜杆AB为直径为直径20mm的圆截面杆，的圆截面杆，水平杆水平杆CB为为1515的方截面杆。的方截面杆。F FA AB BC C解：解：1、计算各杆件的轴力、计算各杆件的轴力45451 12 2B BF F45452.2 2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力2、计算各杆件的应力、计算各杆件的应力F FA AB BC C45451 12 2F FB BF F45452.3 2.3 直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力FFF切应力切应力正应力正应力斜截面上的应力斜截面上的应力2.3 2.3 直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力切应力切应力正应力正应力讨论：1）当当 时，即为横截面，此时正应力达最大时，即为横截面，此时正应力达最大2）当）当 时，剪应力达最大值和最小值时，剪应力达最大值和最小值3）当时，纵向截面上无任何应力）当时，纵向截面上无任何应力2.4 2.4 材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能材料力学包含材料力学包含的两个方面的两个方面理论分析理论分析实验研究实验研究测定材料的力学测定材料的力学性能；解决某些性能；解决某些不能全靠理论分不能全靠理论分析的问题析的问题2.4 2.4 材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能材料的力学性能材料的力学性能：也称为机械性质，是指材料在外也称为机械性质，是指材料在外力作用下表现出的变形、破坏等方面的特性。力作用下表现出的变形、破坏等方面的特性。弹性变形弹性变形：将荷载完全卸除后，变形能完全消失。将荷载完全卸除后，变形能完全消失。塑性变形塑性变形：变形不能完全消失，遗留的变形。：变形不能完全消失，遗留的变形。工程中将处于常温下的材料，根据断裂工程中将处于常温下的材料，根据断裂前所发生的塑性变形的大小分为两类：前所发生的塑性变形的大小分为两类：塑性塑性材料材料及及脆性材料脆性材料。分别如。分别如:低碳钢低碳钢和和铸铁铸铁。2.4 2.4 材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能一、低碳钢一、低碳钢(C0.3%)拉伸时的力学性能拉伸时的力学性能dl标距标距试样：统一规定形状、加工精度实验条件实验条件：室温下，缓慢：室温下，缓慢平稳地加载常温静载平稳地加载常温静载试验试验。l=5d 和和 l=10d 设备：一类称为设备：一类称为万能试验机万能试验机。另一类设备是用来测试变形的。另一类设备是用来测试变形的变形仪变形仪。2.4 2.4 材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能扳杆楔型夹具扳杆楔型夹具 明显的四个阶段：明显的四个阶段：1 1、弹性阶段、弹性阶段obob比例极限比例极限弹性极限弹性极限2 2、屈服阶段、屈服阶段bcbc（失去抵失去抵抗变形的能力）抗变形的能力）屈服极限屈服极限3 3、强化阶段、强化阶段cece（恢复抵抗恢复抵抗变形的能力）变形的能力）强度极限强度极限4 4、局部变形阶段、局部变形阶段efef2.4 2.4 材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能比例极限比例极限弹性极限弹性极限2.4 2.4 材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能1.弹性阶段胡克定律：E2.屈服阶段s-屈服极限是衡量屈服极限是衡量材料强度的重要指标材料强度的重要指标比例极限比例极限弹性极限弹性极限45o方向滑移线方向滑移线2.4 2.4 材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能3.强化阶段b-强度极限或抗拉强强度极限或抗拉强度是衡量材料强度的另度是衡量材料强度的另一重要指标一重要指标4.局部变形阶段2.4 2.4 材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能5.伸长率和断面收缩率 和和 均较高均较高的材料，称作的材料，称作塑性材料。塑性材料。5%塑性材料塑性材料 5%脆性材料脆性材料低碳钢的低碳钢的6.6.卸载定律及冷作硬化卸载定律及冷作硬化1 1、弹性范围内卸载、再加载、弹性范围内卸载、再加载2 2、过弹性范围卸载、再加载、过弹性范围卸载、再加载 即材料在卸载过程中即材料在卸载过程中应力和应变是线性关系，应力和应变是线性关系，这就是这就是卸载定律卸载定律。材料的比例极限增高，材料的比例极限增高，延伸率降低，称之为延伸率降低，称之为冷作硬冷作硬化或加工硬化化或加工硬化。2.4 2.4 材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能二、其它塑性材料拉伸时的力学性能二、其它塑性材料拉伸时的力学性能2.4 2.4 材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能1234102030e e(%)0100200300400500600700800900(MPa)1、锰钢、锰钢 2、硬铝、硬铝 3、退火球墨铸铁、退火球墨铸铁 4、低碳钢、低碳钢各类碳素钢中，随含碳量的增加，屈服极限和强度极限相应提高，但伸长率降低，即塑性性能较差。2.4 2.4 材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能O e eA0.2%S 0.20.2 对于无明显对于无明显屈服阶段塑性材屈服阶段塑性材料，规定以塑性料，规定以塑性应变应变e es=0.2%所对所对应的应力作为应的应力作为屈屈服极限指标服极限指标，记，记作作 0.2 2.4 2.4 材料拉伸时的力学性能材料拉伸时的力学性能三、铸铁拉伸时的力学性能三、铸铁拉伸时的力学性能OPD D L强度极限强度极限：Pb 1.1.b拉伸强度极限拉伸强度极限，脆性材料唯一拉伸力学性能指，脆性材料唯一拉伸力学性能指标。标。2.2.应力应变不成比例，无屈服、颈缩现象，变形很小应力应变不成比例，无屈服、颈缩现象，变形很小且且 b很低。很低。2.5 2.5 材料压缩时的力学性能材料压缩时的力学性能 比例极限比例极限 py，屈服极限屈服极限 sy，弹性模量弹性模量Ey基本与拉伸基本与拉伸时相同。时相同。1.低碳钢压缩实验低碳钢压缩实验(MPa)200400e e0.10.2O低碳钢压缩低碳钢压缩应力应变曲线应力应变曲线低碳钢拉伸低碳钢拉伸应力应变曲线应力应变曲线2.5 2.5 材料压缩时的力学性能材料压缩时的力学性能 e eO bL灰铸铁的灰铸铁的拉伸曲线拉伸曲线 by灰铸铁的灰铸铁的压缩曲线压缩曲线 by bL，铸铁抗压性能远远大于抗拉性能，断裂面铸铁抗压性能远远大于抗拉性能，断裂面为与轴向大致成为与轴向大致成45o55o的滑移面破坏的滑移面破坏。2.铸铁压缩实验铸铁压缩实验2.7 2.7 失效、安全因数和强度计算失效、安全因数和强度计算构件轴向拉伸或压缩时的强度条件：其中，其中，为许用应力。为许用应力。其值等于材料的极限应力其值等于材料的极限应力与安全因数之比与安全因数之比。失效失效:构件断裂和出现塑性变形，使构件不能构件断裂和出现塑性变形，使构件不能保持正常工作的形状和尺寸。保持正常工作的形状和尺寸。许用应力许用应力计算计算塑性材料脆性材料2.7 2.7 失效、安全因数和强度计算失效、安全因数和强度计算强度条件强度条件：强度校核强度校核截面设计截面设计确定许可载荷确定许可载荷是否满足是否满足？（1）若）若 P=10KN，校核两杆的强度；校核两杆的强度；（2）构架的许可荷载）构架的许可荷载 P；（3）根据许可荷载，重新选择杆根据许可荷载，重新选择杆的直径。的直径。实例实例：钢木构架如图，杆钢木构架如图，杆为钢制圆杆，为钢制圆杆，A1=600mm2，；杆杆为木杆，为木杆，A2=10000mm2，。2.7 2.7 失效、安全因数和强度计算例题失效、安全因数和强度计算例题求解：求解：2.7 2.7 失效、安全因数和强度计算例题失效、安全因数和强度计算例题解解:（1）校核两杆强度，先绘节点）校核两杆强度，先绘节点 B 受力图受力图节点受力图节点受力图两杆强度均满足两杆强度均满足!FN1FN2xy由静力平衡条件得由静力平衡条件得：2.7 2.7 失效、安全因数和强度计算例题失效、安全因数和强度计算例题（2）确定该构架的许可荷载）确定该构架的许可荷载P 杆杆：得：得：杆杆 ：得：得：为使两杆均安全，最终确定许可荷载为使两杆均安全，最终确定许可荷载P=40.4KN。2.7 2.7 失效、安全因数和强度计算例题失效、安全因数和强度计算例题（3）由许可荷载）由许可荷载P=40.4KN，设计杆设计杆的直径的直径 分析：分析：当构架在当构架在 P=40.4KN 作用下，杆作用下，杆横截面上的应力恰横截面上的应力恰到好处，正好是达到到好处，正好是达到 值，对杆值，对杆来说，强度仍有余，即来说，强度仍有余，即杆杆的截面还可减小。根据强度条件：的截面还可减小。根据强度条件：2.8轴向拉伸或压缩时的变形轴向拉伸或压缩时的变形等直杆等直杆杆件杆件轴线方向轴线方向的线应变：的线应变：杆件杆件横截面横截面上的应力：上的应力：胡克胡克定律定律胡克胡克定律的另一形式定律的另一形式EA:杆件的抗杆件的抗拉或抗压刚度拉或抗压刚度LFFL1bb12.8轴向拉伸或压缩时的变形轴向拉伸或压缩时的变形杆件杆件轴线方向轴线方向的线应变：的线应变：杆件杆件的横向的横向应变：应变：试验结果表明：试验结果表明：与与的的符号相反符号相反泊松比泊松比和弹性模量和弹性模量E一样，是材料固有的弹性常数。一样，是材料固有的弹性常数。2.8轴向拉伸或压缩时的变形轴向拉伸或压缩时的变形变变截面杆截面杆l积分积分（参见例（参见例2.8）如何计算杆件的伸长如何计算杆件的伸长？2.8轴向拉伸或压缩时的变形实例轴向拉伸或压缩时的变形实例实例实例：图中杆系由两根钢杆图中杆系由两根钢杆 1 和和 2 组成。已知杆端铰接，两组成。已知杆端铰接，两杆与铅垂线均成杆与铅垂线均成 =300 的角度，的角度，长度均为长度均为 l=2m，直径均为直径均为 d=25mm，钢的弹性模量为钢的弹性模量为 E=210GPa。设在设在A点处悬挂一重物点处悬挂一重物 P=100 kN，试求试求 A点点的位移的位移 A。ABC12 P2.8轴向拉伸或压缩时的变形实例轴向拉伸或压缩时的变形实例APxy 解：一、解：一、列平衡方程，求杆的轴力列平衡方程，求杆的轴力ABC12 FN2FN12.8轴向拉伸或压缩时的变形实例轴向拉伸或压缩时的变形实例二、两杆的变形为：二、两杆的变形为：ABC12 A12BC 2.8轴向拉伸或压缩时的变形实例轴向拉伸或压缩时的变形实例三、计算三、计算A点的变形：点的变形：以两杆伸长后的长度以两杆伸长后的长度 BA1 和和 CA2 为半径为半径作圆弧相交于作圆弧相交于 A，即为即为A点点的新位置。的新位置。AA 就是就是A点的位移。点的位移。A12BC 1A2 A A1 12.8轴向拉伸或压缩时的变形实例轴向拉伸或压缩时的变形实例A12BC 因变形很小，故可过因变形很小，故可过 A A1 1，A A2 2 分别做两杆的垂线，相交于分别做两杆的垂线，相交于 A A 可认为可认为：1A2 A A1 1A2.8轴向拉伸或压缩时的变形实例轴向拉伸或压缩时的变形实例A12BC 1A2 A A1 1A2.8轴向拉伸或压缩时的变形实例轴向拉伸或压缩时的变形实例实例实例：三角形架三角形架 AB AB 和和 AC AC 杆的弹性模量杆的弹性模量 E=200GPaE=200GPa，求当求当 P=130KN P=130KN 时节点时节点A A的位移。的位移。A A1 1=2172mm=2172mm2 2，A A2 2=2548mm=2548mm2 2。A AB BC CP P30300 01 12 22m2.8轴向拉伸或压缩时的变形实例轴向拉伸或压缩时的变形实例P PA AF FN1N1F FN2N2x xy y30300 0A AB BC CP P30300 01 12 22m1 1 杆受拉，杆受拉，2 2 杆受压杆受压 解：一、由平衡方程求得两杆的轴力解：一、由平衡方程求得两杆的轴力2.8轴向拉伸或压缩时的变形实例轴向拉伸或压缩时的变形实例A AB BC CP P30300 01 12 22mA A1 1A A2 2二、分别求出两杆二、分别求出两杆的变形的变形：A AB BC CP P30300 01 12 22mA A1 1A A2 2A AA A1 1A A2 2A A3 330300 0AA30300 0AAAA3 3 为所求为所求A A点的位移点的位移三、求三、求A点位移点位移2.92.9轴向拉伸或压缩的应变能轴向拉伸或压缩的应变能应变能：应变能：弹性体在外力作弹性体在外力作用下，因变形而储存的能量用下，因变形而储存的能量称为应变能（或变形能）。称为应变能（或变形能）。对于始终处于静力平衡状对于始终处于静力平衡状态的物体，如果物体的变形处态的物体，如果物体的变形处于弹性范围内，则原来慢慢施于弹性范围内，则原来慢慢施加的外力对变形体所作的外力加的外力对变形体所作的外力功功W几乎全部转化为物体的弹几乎全部转化为物体的弹性变形能性变形能V。能量守恒能量守恒原理原理胡克胡克定律定律轴向轴向拉伸时的应变能拉伸时的应变能F1FFFdF2.92.9轴向拉伸或压缩的应变能轴向拉伸或压缩的应变能单位体积内的应变能单位体积内的应变能:由胡克定律：由胡克定律：2.92.9轴向拉伸或压缩的应变能实例轴向拉伸或压缩的应变能实例例例2.92.9：简易起重机如所示。简易起重机如所示。BD撑杆为无缝钢管，撑杆为无缝钢管，外径外径90mm，壁厚壁厚2.5mm，杆长杆长l=3 3 m m。弹性模量弹性模量E E210 210 GPaGPa。BC是两条横截面面积为是两条横截面面积为172 mm2的的钢索，弹性模量钢索，弹性模量E E=177=177 GPaGPa。若不考虑立柱的变若不考虑立柱的变形，试求形，试求B点的垂直位移。设点的垂直位移。设P P=30 KN=30 KN。2.92.9轴向拉伸或压缩的应变能实例轴向拉伸或压缩的应变能实例解解:1）.从三角形从三角形BCD中解出中解出BC和和CD的长度分别为：的长度分别为：2）.算出算出BC和和BD两杆的横截面面积分别为：两杆的横截面面积分别为：3 3）.由由BD杆的平衡方程，求得钢索杆的平衡方程，求得钢索BC和和BD的轴力分别为：的轴力分别为：2.92.9轴向拉伸或压缩的应变能实例轴向拉伸或压缩的应变能实例4 4）.当载荷当载荷P从零开始缓慢地作用于由从零开始缓慢地作用于由BC和和BD两杆组成的简单弹两杆组成的简单弹性杆系上时，性杆系上时，P所作的功是：所作的功是：它在数值上应等于杆系的应变能，亦即等于它在数值上应等于杆系的应变能，亦即等于BC和和BD两杆变形能两杆变形能的总和。即：的总和。即：训练训练 用本例用本例介绍的变形能方法求例介绍的变形能方法求例2.7中中B点的垂直位移！点的垂直位移！补充实例：补充实例：设横梁设横梁ABCD为刚梁，横截面面积为为刚梁，横截面面积为 76.36mm 的的钢索绕过无摩擦的定滑轮。设钢索绕过无摩擦的定滑轮。设 P=20=20kN，试求刚索的应力和试求刚索的应力和C点点的垂直位移。设刚索的的垂直位移。设刚索的 E=177=177GPa。解：解：1 1）求钢索内力：以）求钢索内力：以ABCD为对象为对象2)2)钢索的应力和伸长分别为：钢索的应力和伸长分别为：800400400DCPAB60 60PABCDTTYAXA2.92.9轴向拉伸或压缩的应变能实例轴向拉伸或压缩的应变能实例CPAB60 60800400400DAB60 60DBDC3 3）变形图如左图）变形图如左图,C点的垂直位移点的垂直位移为：为：2.92.9轴向拉伸或压缩的应变能实例轴向拉伸或压缩的应变能实例2.102.10拉伸、压缩超静定问题拉伸、压缩超静定问题(a)(b)在图在图a所示杆系中，为减小杆所示杆系中，为减小杆1,2的内力或节点的内力或节点A的位移，的位移，在图在图b中增加了杆中增加了杆3。此时有三个未知内力。此时有三个未知内力FN1,FN2,FN3，但只但只有二个独立的平衡方程有二个独立的平衡方程,如何求解？如何求解？2.102.10拉伸、压缩超静定问题拉伸、压缩超静定问题静定问题：静定问题：杆件的轴力都可杆件的轴力都可由静力平衡方程求出。由静力平衡方程求出。超静定问题：超静定问题：杆件的轴力并杆件的轴力并不能全由平衡方程求出。不能全由平衡方程求出。超静定次数：超静定次数：杆件轴力多于杆件轴力多于独立平衡方程的数目。独立平衡方程的数目。2.102.10拉伸、压缩超静定问题拉伸、压缩超静定问题C CA AB BD DP P 1 12 23 3 实例实例：设设 1、2、3 三杆三杆用绞链连结，如图所示：用绞链连结，如图所示：l1 1 =l2 2=l，A A1 1=A=A2 2=A=A,E E1 1 =E=E2 2=E=E,3 杆的长度杆的长度 l3 3 ,横截面积横截面积 A A3 3,弹性模量弹性模量 E E3 3 。试求在沿铅垂方向的外试求在沿铅垂方向的外力力 P P 作用下各杆的轴力。作用下各杆的轴力。2.102.10拉伸、压缩超静定问题拉伸、压缩超静定问题x xy yP PA AC CA AB BD DP P 1 12 23 3解：节点解：节点A的平衡方程为：的平衡方程为：2.102.10拉伸、压缩超静定问题拉伸、压缩超静定问题 C CA AB BD DP P 1 12 23 3C CA AB BD D 1 12 23 3 A A1 12 23 3 变形协调方程变形协调方程：物理方程物理方程：2.102.10拉伸、压缩超静定问题拉伸、压缩超静定问题C CA AB BD DP P 1 12 23 3 A A1 12 23 3 补充方程补充方程平衡平衡方程方程 2.102.102.102.10拉伸、压缩超静定问题实例拉伸、压缩超静定问题实例拉伸、压缩超静定问题实例拉伸、压缩超静定问题实例A AB BC CG G1 12 23 3a aa al实例实例：图示平行杆：图示平行杆系系1、2、3 悬吊着悬吊着横梁横梁 AB(ABAB(AB的变形的变形略去不计略去不计)，在横，在横梁上作用着荷载梁上作用着荷载 G G。如杆如杆1、2、3的截的截面积、长度、弹性面积、长度、弹性模量均相同，分别模量均相同，分别 为为 A A，l，E E。试求试求:1、2、3 三杆的轴力三杆的轴力 F FN1，FN2，FN3。2.102.102.102.10拉伸、压缩超静定问题实例拉伸、压缩超静定问题实例拉伸、压缩超静定问题实例拉伸、压缩超静定问题实例A AB BC CG G1 12 23 3a aa alF FN1N1F FN2N2A AB BC CG G3 3F FN3N31 12 2x x解：解：(1)(1)平衡方程平衡方程为一次超静定问题，且为一次超静定问题，且假设均为拉杆。假设均为拉杆。2.102.10拉伸、压缩超静定问题实例拉伸、压缩超静定问题实例A AB BC CG G1 12 23 3a aa alA A1 12 23 3B BC C(2)(2)变形协调方程变形协调方程(3)(3)物理方程物理方程 2.102.102.102.10拉伸、压缩超静定问题实例拉伸、压缩超静定问题实例拉伸、压缩超静定问题实例拉伸、压缩超静定问题实例A AB BC CG G1 12 23 3a aa alA A1 12 23 3B BC C 补充方程：补充方程：2.102.10拉伸、压缩超静定问题实例拉伸、压缩超静定问题实例(4)(4)联立平衡方程与补充方程求解联立平衡方程与补充方程求解2.11温度应力与装配应力温度应力与装配应力FRAFRB温度应力温度应力温度变化会引起温度变化会引起物体的膨胀或收缩，物体的膨胀或收缩，对于超静定结构由于对于超静定结构由于变形受到约束，则会变形受到约束，则会产生内应力。产生内应力。温度应力温度应力 因温度变化而引起因温度变化而引起的内应力，称为的内应力，称为温度温度应力应力或或热应力热应力。2.11温度应力与装配应力（温度）温度应力与装配应力（温度）FRAFRB温度应力温度应力求解温度应力的过程求解温度应力的过程：1）静力平衡方程）静力平衡方程 2）变形协调方程）变形协调方程 3）物理方程）物理方程 FRAFRB温度应力温度应力2.11温度应力与装配应力（温度）温度应力与装配应力（温度）温度应力：温度应力：FRAFRB温度应力温度应力2.11温度应力与装配应力（温度）温度应力与装配应力（温度）温度应力：温度应力：碳钢的线膨胀系数碳钢的线膨胀系数 =12.510-6 1/C；弹性模量弹性模量E=200GPa2.11温度应力与装配应力（装配）温度应力与装配应力（装配）装配应力装配应力 ABCD 2 21 13 3l如右图所示：若如右图所示：若3 3杆尺杆尺寸有微小误差，则在杆系装寸有微小误差，则在杆系装配好后，各杆将处于图中位配好后，各杆将处于图中位置，因而产生轴力。置，因而产生轴力。3 3杆的杆的轴力为拉力，轴力为拉力，1 1，2 2杆的轴力杆的轴力为压力。这种附加的内力就为压力。这种附加的内力就称为称为装配内力装配内力。由此而产生。由此而产生的应力称为的应力称为 装配应力装配应力。2.11温度应力与装配应力（装配）温度应力与装配应力（装配）ABCD 2 21 13 3l l 3 3代表杆代表杆3 3的伸长的伸长 l 1 1代表杆代表杆1 1或杆或杆2 2 的缩短的缩短 代表装配后代表装配后A A点的位移点的位移2.11温度应力与装配应力（装配）温度应力与装配应力（装配）ABCD 2 21 13 3l(1)(1)变形几何方程变形几何方程(2)(2)物理方程物理方程 ABCD 2 21 13 3l（3 3）补充方程为）补充方程为（4 4）平衡方程平衡方程and2.12应力集中的概念应力集中的概念应力集中：应力集中：因杆件外形突然变化，而引因杆件外形突然变化，而引起局部应力急剧增大的现象。起局部应力急剧增大的现象。2.12应力集中的概念应力集中的概念d/2d/2r理论应力集理论应力集中因数中因数：-发生应力集中的截面上的发生应力集中的截面上的 最大应力最大应力-同一截面上的平均应力同一截面上的平均应力1.静载下，静载下，塑性材料塑性材料可不考虑，可不考虑，脆性材料脆性材料（除特殊（除特殊的，如铸铁）应考虑。的，如铸铁）应考虑。2.2.动载下，动载下，塑性和脆性材料塑性和脆性材料均需考虑。均需考虑。2.122.12应力集中的概念应力集中的概念实验结果表明实验结果表明：截面尺寸改变得越急剧、角越尖、截面尺寸改变得越急剧、角越尖、孔越小，应力集中的程度就越严重。孔越小，应力集中的程度就越严重。零件上应尽可能地避免带尖角的孔和槽，在阶零件上应尽可能地避免带尖角的孔和槽，在阶梯轴的轴肩处要用圆弧过渡，而且尽量使圆弧梯轴的轴肩处要用圆弧过渡，而且尽量使圆弧半径大一些。半径大一些。各种材料对应力集中的敏感程度不同：各种材料对应力集中的敏感程度不同：2.132.13剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算剪切的实用计算剪切的实用计算上刀刃上刀刃下刀刃下刀刃nnFFSFF剪切面剪切面钢杆受剪FF铆钉受剪FFS2.132.13剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算 工程中的连接件，如受剪螺栓、铆钉、销钉、工程中的连接件，如受剪螺栓、铆钉、销钉、键等都是主要承受剪切的构件。键等都是主要承受剪切的构件。2.132.13剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算 受受力力特特点点：外外力力大大小小相相等等、方方向向相相反反、相相距距很很近、垂直于轴线。近、垂直于轴线。变形特点变形特点：在平行外力：在平行外力之间的截面，发生相对错动之间的截面，发生相对错动变形。变形。1.剪切受力和变形特点剪切受力和变形特点2.切应力计算切应力计算 FFS=FA剪力剪力受剪面面积受剪面面积2.132.13剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算3.剪切强度条件剪切强度条件 4.许用切应力许用切应力5.双剪切面双剪切面试件试件压头压头FFSFS-剪切极限剪切极限剪切极限剪切极限应力应力应力应力n n-安全系数安全系数安全系数安全系数2.132.13剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算实例实例补充实例补充实例：图示装置常用来确定胶接处的抗剪强度，如已图示装置常用来确定胶接处的抗剪强度，如已知破坏时的荷载为知破坏时的荷载为10kN10kN，试求胶接处的极限剪（切）应力。试求胶接处的极限剪（切）应力。胶缝胶缝30mm10mmFFSFSF解：解：实例实例：如图螺钉，已知：如图螺钉，已知：t t=0.6，求其求其d:h的合理比值。的合理比值。解：解：hFd 条条件件：当当s s，t t分分别别达达到到t t，s s时，材料的利用最合理。时，材料的利用最合理。剪切面剪切面dh2.132.13剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算实例实例2.132.13剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算挤压的实用计算挤压的实用计算FF挤压面挤压面FF压溃压溃(塑性变形塑性变形)1.挤压的概念挤压的概念在外力作用下，连接件和被连接的构在外力作用下，连接件和被连接的构件之间，必将在接触面上相互压紧，件之间，必将在接触面上相互压紧，这种现象称为这种现象称为挤压挤压。2.132.13剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算2.挤压应力的计算挤压应力的计算 挤压面为平面时，计算挤压面就是挤压面为平面时，计算挤压面就是该面该面；挤挤压压面面为为弧弧面面时时，取取直直径径平平面面的的面面积积td。挤压力挤压力挤压面面积挤压面面积tdFAbs=td3.挤压强度条件挤压强度条件2.132.13剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算h/2blnnFsFdOFMeFSnnOMe1.校核键的剪切强度：校核键的剪切强度：例例(2.16):图图示示轴轴与与齿齿轮轮用用平平键键联联接接。已已知知轴轴直直径径d=70mm，键键的的尺尺寸寸为为bhl=2012100mm，传传递递的的力力偶偶矩矩Me=2kNm，键键的的许许用用应应力力t t=60MPa，bs=100MPa。试校核键的强度试校核键的强度。2.132.13剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算h/2blnnFsFdOFMeFSnnOMe2.校核键的挤压强度：校核键的挤压强度：强度满足要求强度满足要求!2.132.13剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算例例:电电瓶瓶车车挂挂钩钩由由插插销销联联接接，如如图图示示。插插销销材材料料为为2020钢钢，=30MPa，bs100MPa，直直径径d=20mm。挂挂钩钩及及被被联联接接的的板板件件的的厚厚度度分分别别为为t=8mm和和1.5t=12mm。牵引力牵引力F=15kN。试校核插销的强度。试校核插销的强度。精品精品课件件！精品精品课件件！作业作业习题习题：2.12.1，2.5 2.5，2.72.7，2.12 2.12，2.12.16,2.286,2.282.392.39，2.462.46，2.48,2.582.48,2.58