材料力学弯曲变形解读课件.ppt
材料力学材料力学刘鸿文主编刘鸿文主编(第第4 4版版)高等教育出版社高等教育出版社目录目录弯曲变形弯曲变形第六章第六章目录第六章第六章 弯曲变形弯曲变形6-1 6-1 工程中的弯曲变形问题工程中的弯曲变形问题6-2 6-2 挠曲线的微分方程挠曲线的微分方程6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形6-6 6-6 提高弯曲刚度的一些措施提高弯曲刚度的一些措施6-5 6-5 简单超静定梁简单超静定梁目录目录6-1 6-1 工程中的弯曲变形问题工程中的弯曲变形问题7-1目录目录6-1 6-1 工程中的弯曲变形问题工程中的弯曲变形问题目录6-1 6-1 工程中的弯曲变形问题工程中的弯曲变形问题6-2 6-2 挠曲线的微分方程挠曲线的微分方程1.1.基本概念基本概念挠曲线方程：挠曲线方程：由于小变形，截面形心在由于小变形，截面形心在x x方向的位移忽略不计方向的位移忽略不计挠度转角关系为：挠度转角关系为：挠曲线挠曲线挠度挠度转角转角挠度挠度y y：截面形心：截面形心在在y y方向的位移方向的位移向上为正向上为正转角转角：截面绕中性轴转过的角度。：截面绕中性轴转过的角度。逆时针为正逆时针为正7-2目录2.2.挠曲线的近似微分方程挠曲线的近似微分方程推导弯曲正应力时，得到：推导弯曲正应力时，得到：忽略剪力对变形的影响忽略剪力对变形的影响6-2 6-2 挠曲线的微分方程挠曲线的微分方程目录由数学知识可知：由数学知识可知：略去高阶小量，得略去高阶小量，得所以所以6-2 6-2 挠曲线的微分方程挠曲线的微分方程目录 由弯矩的正负号规定可得，弯矩的符号与挠曲线由弯矩的正负号规定可得，弯矩的符号与挠曲线的二阶导数符号一致，所以挠曲线的近似微分方程为：的二阶导数符号一致，所以挠曲线的近似微分方程为：由上式进行积分，就可以求出梁横截面的转角和由上式进行积分，就可以求出梁横截面的转角和挠度。挠度。6-2 6-2 挠曲线的微分方程挠曲线的微分方程目录6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形挠曲线的近似微分方程为：挠曲线的近似微分方程为：积分一次得转角方程为：积分一次得转角方程为：再积分一次得挠度方程为：再积分一次得挠度方程为：7-3目录 积分常数积分常数C C、D D 由梁的位移边界条件和光滑连续由梁的位移边界条件和光滑连续条件确定。条件确定。位移边界条件位移边界条件光滑连续条件光滑连续条件 弹簧变形弹簧变形6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录目录6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形课堂练习课堂练习写出图示各梁的边界条件。在图中杆的抗拉刚度刚度为EI。例例1 求梁的转角方程和挠度方程，并求最大转角和最大挠度，求梁的转角方程和挠度方程，并求最大转角和最大挠度，梁的梁的EI已知。已知。解解1）由梁的整体平衡分析可得：）由梁的整体平衡分析可得：2）写出）写出x截面的弯矩方程截面的弯矩方程3）列挠曲线近似微分方程并积分）列挠曲线近似微分方程并积分积分一次积分一次再积分一次再积分一次A AB BF F6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录4）由位移边界条件确定积分常数）由位移边界条件确定积分常数代入求解代入求解5）确定转角方程和挠度方程）确定转角方程和挠度方程6）确定最大转角和最大挠度）确定最大转角和最大挠度A AB BF F6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录例例2 求梁的转角方程和挠度方程，并求最大转角和最大挠度，求梁的转角方程和挠度方程，并求最大转角和最大挠度，梁的梁的EI已知，已知，l=a+b，ab。解解 1 1）由梁整体平衡分析得：）由梁整体平衡分析得：2 2）弯矩方程）弯矩方程AC 段：段：CB 段：段：6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录3 3）列挠曲线近似微分方程并积分）列挠曲线近似微分方程并积分AC 段：段：CB 段：段：6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录4 4）由边界条件确定积分常数）由边界条件确定积分常数代入求解，得代入求解，得位移边界条件位移边界条件光滑连续条件光滑连续条件6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录5）确定转角方程和挠度方程）确定转角方程和挠度方程AC 段：段：CB 段：段：6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录6）确定最大转角和最大挠度）确定最大转角和最大挠度令令 得，得，令令 得，得，6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录讨讨 论论积分法求变形有什么优缺点？积分法求变形有什么优缺点？6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形 设梁上有设梁上有n n 个载荷同时作用，任意截面上的弯矩个载荷同时作用，任意截面上的弯矩为为M(x)M(x)，转角为，转角为 ，挠度为，挠度为y y，则有：，则有：若梁上只有第若梁上只有第i i个载荷单独作用，截面上弯矩为个载荷单独作用，截面上弯矩为 ，转角为，转角为 ，挠度为，挠度为 ，则有：，则有：由弯矩的叠加原理知：由弯矩的叠加原理知：所以，所以，7-4目录故故由于梁的边界条件不变，因此由于梁的边界条件不变，因此重要结论：重要结论：梁在若干个载荷共同作用时的挠度或转角，梁在若干个载荷共同作用时的挠度或转角，等于在各个载荷单独作用时的挠度或转角的代数等于在各个载荷单独作用时的挠度或转角的代数和。这就是和。这就是计算弯曲变形的叠加原理计算弯曲变形的叠加原理。6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形目录例例3 已知简支梁受力如图示，已知简支梁受力如图示，q、l、EI均为已知。求均为已知。求C 截面的挠截面的挠度度yC；B截面的转角截面的转角 B1 1）将梁上的载荷分解）将梁上的载荷分解yC1yC2yC32）查表得）查表得3种情形下种情形下C截面的截面的挠度和挠度和B截面的转角截面的转角。解解6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形目录3 3）应用叠加法，将简单载荷应用叠加法，将简单载荷作用时的结果求和作用时的结果求和 6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形目录yC1yC2yC3例例4 按叠加原理求C点挠度。解：载荷无限分解如图由梁的简单载荷变形表，由梁的简单载荷变形表，查简单载荷引起的变形。查简单载荷引起的变形。叠加叠加q00.5L0.5LxdxbxfC查表：查表：6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形例例5 已知：悬臂梁受力如图示，已知：悬臂梁受力如图示，q、l、EI均为已知。求均为已知。求C截面截面的挠度的挠度yC和转角和转角 C1 1）首先，将梁上的载荷变成）首先，将梁上的载荷变成有表可查的情形有表可查的情形 为了利用梁全长承受均布为了利用梁全长承受均布载荷的已知结果，先将均布载荷的已知结果，先将均布载荷延长至梁的全长，为了载荷延长至梁的全长，为了不改变原来载荷作用的效果，不改变原来载荷作用的效果，在在AB 段还需再加上集度相段还需再加上集度相同、方向相反的均布载荷。同、方向相反的均布载荷。解解6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形目录3 3）将结果叠加）将结果叠加 2 2）再将处理后的梁分解为简单）再将处理后的梁分解为简单载荷作用的情形，计算各自载荷作用的情形，计算各自C C截截面的挠度和转角。面的挠度和转角。6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形目录讨讨 论论叠加法求变形有什么优缺点？叠加法求变形有什么优缺点？6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形目录课堂练习：课堂练习：在简支梁的一半跨度内作用均布载荷在简支梁的一半跨度内作用均布载荷q，试求跨度试求跨度中点的跨度。设中点的跨度。设EI为常数。为常数。叠加法叠加法求变形举例求变形举例=+逐段刚化法逐段刚化法=+PL1L2ABCBCPL2f1f2等价等价xfxffPL1L2ABC刚化刚化AC段段PL1L2ABC刚化刚化BC段段PL1L2ABCMxf叠加法叠加法求变形求变形课堂练习：课堂练习：求图示变截面梁自由端的挠度和转角。求图示变截面梁自由端的挠度和转角。6-5 6-5 简单超静定梁简单超静定梁1.1.基本概念：基本概念：超静定梁：超静定梁：支反力数目大于有效平衡方程数目的梁支反力数目大于有效平衡方程数目的梁多余约束：多余约束：从维持平衡角度而言从维持平衡角度而言,多余的约束多余的约束超静定次数：超静定次数：多余约束或多余支反力的数目。多余约束或多余支反力的数目。2.2.求解方法：求解方法：解除多余约束，建立相当系统解除多余约束，建立相当系统比较变形，列变比较变形，列变形协调条件形协调条件由物理关系建立补充方程由物理关系建立补充方程利用利用静力平衡条件求其他约束反力。静力平衡条件求其他约束反力。相当系统：相当系统：用多余约束力代替多余约束的静定系统用多余约束力代替多余约束的静定系统7-6目录解解例例6 求梁的支反力，梁的抗弯求梁的支反力，梁的抗弯刚度为刚度为EI。1 1）判定超静定次数）判定超静定次数2 2）解除多余约束，建立相当系统）解除多余约束，建立相当系统目录3 3）进行变形比较，列出变形协）进行变形比较，列出变形协调条件调条件6-5 6-5 简单超静定梁简单超静定梁4 4）由物理关系，列出补充方程）由物理关系，列出补充方程 所以所以5 5）由整体平衡条件求其他约束反力）由整体平衡条件求其他约束反力 目录6-5 6-5 简单超静定梁简单超静定梁例例7 梁梁AB 和和BC 在在B 处铰接，处铰接，A、C 两端固定，梁的抗弯刚度两端固定，梁的抗弯刚度均为均为EI，F=40kN，q=20kN/m。画梁的剪力图和弯矩图。画梁的剪力图和弯矩图。从从B 处拆开，使超静定结构变处拆开，使超静定结构变成两个悬臂梁。成两个悬臂梁。变形协调方程为：变形协调方程为：FBMMA AF FA AyB1 FBMMC CF FC CyB2物理关系物理关系解解目录6-5 6-5 简单超静定梁简单超静定梁FB FBMMA AF FA AMMC CF FC CyB1yB2代入得补充方程：代入得补充方程：确定确定A 端约束力端约束力目录6-5 6-5 简单超静定梁简单超静定梁FB FBMMA AF FA AMMC CF FC CyB1yB2确定确定C 端约束力端约束力目录6-5 6-5 简单超静定梁简单超静定梁MMA AF FA AMMC CF FC CA、C 端约束力已求出端约束力已求出最后作梁的剪力图和弯矩图最后作梁的剪力图和弯矩图目录6-5 6-5 简单超静定梁简单超静定梁例例8 长度为长度为L,重量为重量为P的等截面直梁的等截面直梁,放置在水平刚性平面放置在水平刚性平面上。若在端点施力上。若在端点施力P/3上提上提,未提起部分仍保持与平面密合未提起部分仍保持与平面密合,试试求提起部分的长度。求提起部分的长度。6-5 6-5 简单超静定梁简单超静定梁解解:A:A点处梁的曲率半径为点处梁的曲率半径为 ,即即6-5 6-5 简单超静定梁简单超静定梁1 1）选择合理的截面形状）选择合理的截面形状目录6-6 6-6 提高弯曲刚度的一些措施提高弯曲刚度的一些措施2 2）改善结构形式，减少弯矩数值）改善结构形式，减少弯矩数值改改变变支支座座形形式式目录6-6 6-6 提高弯曲刚度的一些措施提高弯曲刚度的一些措施2 2）改善结构形式，减少弯矩数值）改善结构形式，减少弯矩数值改改变变载载荷荷类类型型目录6-6 6-6 提高弯曲刚度的一些措施提高弯曲刚度的一些措施3 3）采用超静定结构）采用超静定结构目录6-6 6-6 提高弯曲刚度的一些措施提高弯曲刚度的一些措施目录6-6 6-6 提高弯曲刚度的一些措施提高弯曲刚度的一些措施小结小结1 1、明确挠曲线、挠度和转角的概念、明确挠曲线、挠度和转角的概念2 2、掌握计算梁、掌握计算梁变形的积分法和叠加法变形的积分法和叠加法3 3、学会用、学会用变形比较法解简单超静定问题变形比较法解简单超静定问题目录
