工程力学-组合变形ppt课件.ppt
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1、2022-8-312022-8-328-1 概述概述构件同时发生两种或两种以上的基本变构件同时发生两种或两种以上的基本变形的情况,称为组合变形。形的情况,称为组合变形。烟囱烟囱yF1zF1zF22F传动轴传动轴 吊车立柱吊车立柱2022-8-332022-8-342022-8-35 斜弯曲斜弯曲梁变形后,轴线位于外力所在的梁变形后,轴线位于外力所在的平面之外平面之外。8-2 斜弯曲斜弯曲 平面弯曲:平面弯曲:外力施加在梁的对称面(或主平面)外力施加在梁的对称面(或主平面)内时,梁将产生平面弯曲。内时,梁将产生平面弯曲。对称弯曲:平面弯曲的一种。对称弯曲:平面弯曲的一种。即梁变形后,轴线位于外力
2、所在的即梁变形后,轴线位于外力所在的平面之内平面之内。2022-8-36 在集中力在集中力F F1 1 、 F F2 2 作用下(作用下(双对称截面梁在水平双对称截面梁在水平和垂直两纵向对称平面内同时受横向外力作用),和垂直两纵向对称平面内同时受横向外力作用),梁将分别在水平纵对称面梁将分别在水平纵对称面( (OxzOxz) )和铅垂纵对称面和铅垂纵对称面( (OxyOxy) )内发生对称弯曲。内发生对称弯曲。 在梁的任意横截面在梁的任意横截面m-mm-m上,上,F F1 1 、 F F2 2引起的弯矩为引起的弯矩为 )(,21axFMxFMzyxyzC(y,z)OyzmmF1Fa2MmmzO
3、yzMy2022-8-37 在在F2 2 单独单独作用下,梁在竖直平面内发生平面弯作用下,梁在竖直平面内发生平面弯曲,曲,z z轴为中性轴。轴为中性轴。 在在F1 1 单独单独作用下,梁在水平平面内发生平面弯作用下,梁在水平平面内发生平面弯曲,曲,y y轴为中性轴轴为中性轴。 斜弯曲是斜弯曲是两个互相垂直方向的平面弯曲的组合两个互相垂直方向的平面弯曲的组合。(2) (2) F1 1单独作用下单独作用下求应力求应力:m-m截面上第一象限某点截面上第一象限某点C(y,z)(1) (1) F2 2单独作用下单独作用下)(2axFMzyIMZZxFMy1zIMyy2022-8-38(3) (3) 当当
4、F F1 1 和和F F2 2共同作用时,应用共同作用时,应用叠加法叠加法所以所以,C,C点的点的x x方向正应力为方向正应力为压压yIMzIMzzyyzyBD中性轴EFzMF2F1和共同作用时F2单独作用时F单独作用时1My2022-8-39强度条件强度条件:B、D角点处的切应力为零,按角点处的切应力为零,按单向应力单向应力状态状态来建立强度条件。设材料的抗拉和抗压强度相来建立强度条件。设材料的抗拉和抗压强度相同,则斜弯曲时的强度条件为同,则斜弯曲时的强度条件为max中性轴中性轴:正应力为零处,即求得中性轴方程正应力为零处,即求得中性轴方程0yIMzIMzzyy危险点危险点:m-m截面上截面
5、上角点角点 B 有最大拉应力,有最大拉应力,D 有最大压应力;有最大压应力; E、F点的正应力为零,点的正应力为零,EF线即是中性轴。线即是中性轴。可见可见B、D点就是危险点,离中性轴最远点就是危险点,离中性轴最远2022-8-310 上式可见,中性轴是一条通过横截面形上式可见,中性轴是一条通过横截面形心的直线心的直线, , E、F点的正应力为零,点的正应力为零,EF线线即是中性轴。其与即是中性轴。其与y轴的夹角轴的夹角 为为 tantan00zyzyyzzyyzIIIIMMIIMMyz 是横截面上合成弯矩是横截面上合成弯矩 M 矢量与矢量与 y 轴间的夹角。轴间的夹角。 22zyMMM 一般
6、,截面一般,截面Iy Iz,即,即 ,因而中性轴与合成弯矩,因而中性轴与合成弯矩M M所所在的平面并不相互垂直。所以挠曲线将不在合成弯矩所在在的平面并不相互垂直。所以挠曲线将不在合成弯矩所在的平面内,即是斜弯曲。的平面内,即是斜弯曲。对圆形、正方形等对圆形、正方形等Iy=Iz的截面,得的截面,得 = = ,即是平面弯曲即是平面弯曲Ozy2022-8-311例例8-18-1 20a号号工工字钢悬臂梁承受均布载荷字钢悬臂梁承受均布载荷 q q 和集中和集中力力 F = q a / 2 如 图 。 已 知 钢 的 许 用 弯 曲 正 应 力如 图 。 已 知 钢 的 许 用 弯 曲 正 应 力 =1
7、60MPa, =160MPa, a=1=1m。试求梁的许可载荷集度。试求梁的许可载荷集度 q 解解:作计算简图:作计算简图, ,将自由将自由端截面端截面B上的集中力沿两上的集中力沿两主轴分解为主轴分解为 qaFFqaFFozoy321. 040sin383. 040cosyqzaa40FOCBAFyzqaaABCDFzyx2022-8-312危险截面危险截面:由:由弯矩图弯矩图 ,可确定,可确定A、D两截面为危险截面两截面为危险截面 A、D截面在截面在xoz、 xoy平面的弯曲截面系数,平面的弯曲截面系数,可查表得可查表得3636m105 .31,m10237yzWW 在在xoz主轴平面内的主
8、轴平面内的弯矩图弯矩图( (y轴为中性轴轴为中性轴) ) 在在xoy主轴平面内的主轴平面内的弯矩图弯矩图 ( (z轴为中性轴轴为中性轴) )0.642qa0.444qa0.321qa222ADCByM图(N m)0.617aADCBMz图0.456qa0.383qa0.266 qa222(N m)2022-8-313 可见,梁的危险点在截面可见,梁的危险点在截面A的棱角处。危险点处的棱角处。危险点处是单轴应力状态,强度条件为是单轴应力状态,强度条件为 max即即Pa10160)m105 .21()(613maxqA解得解得 kN/m44. 7N/m1044. 73q 按叠加法,在按叠加法,在x
9、oz主轴平面内、主轴平面内、 xoy主轴平面内的主轴平面内的弯曲正应力,在弯曲正应力,在x方向叠加方向叠加qWMWMAzzAyyAA)m105 .21()(:截面13maxqWMWMDzzDyyDD)m1002.16()(:13max截面2022-8-3148-3 拉伸拉伸(压缩压缩)与弯曲组合与弯曲组合F力作用在杆自由端形心处,作用线力作用在杆自由端形心处,作用线位于位于xy面内,与面内,与x轴夹角为轴夹角为 . F力既非轴向力,也非横向力,所力既非轴向力,也非横向力,所以变形不是基本变形。以变形不是基本变形。LxyF2022-8-315Fy=Fsin y为对称轴,引起平面弯曲为对称轴,引起
10、平面弯曲Fx=Fcos 引起轴向拉伸引起轴向拉伸lxFxFyyFxFN=FxMz=Fy(l x)只有一个方向的弯矩,只有一个方向的弯矩,就用平面弯曲的弯矩就用平面弯曲的弯矩符号规定。符号规定。+xFyFxFNMzFyll2022-8-316FN对应的应力对应的应力Mz对应的应力对应的应力AFNyIMzz 叠加:叠加:yIMAFzzN yz2022-8-317|zzNWMAF|zzNWMAF|zzNWMAF由于忽略了剪切应力,横截面上只有正应力,于是叠加由于忽略了剪切应力,横截面上只有正应力,于是叠加后,横截面上正应力分布规律只可能为以下三种情况:后,横截面上正应力分布规律只可能为以下三种情况:
11、中性轴中性轴(零应力线零应力线)发生平移危险点的位置很容易确发生平移危险点的位置很容易确定,在截面的最上缘或最下缘。定,在截面的最上缘或最下缘。由于危险点的应力状态为简单应力状态由于危险点的应力状态为简单应力状态(单向拉伸单向拉伸或单向压缩或单向压缩),故:强度条件,故:强度条件 max 2022-8-318例例 8-2已知:已知:W = 8kN,AB为工字钢,材料为为工字钢,材料为Q235钢,钢, = 100MPa。求求: 工字钢型号工字钢型号。解:解: AB受力如图受力如图这是组合变形问这是组合变形问题题 压弯组合。压弯组合。NF40kNmkN12M0)(FAMkN42FkN,40 xFk
12、N8 .12yFyFxFFWABC作出作出AB杆的弯矩图和轴力图杆的弯矩图和轴力图W2022-8-319根据内力图:危险截面为根据内力图:危险截面为C 截面截面kNm,12CMkN40NFl 设计截面的一般步骤设计截面的一般步骤u 先根据先根据弯曲正应力弯曲正应力选择工字钢型号;选择工字钢型号;u 再按组合变形的再按组合变形的最大正应力最大正应力校核强度,必要校核强度,必要时选择大一号或大二号的工字钢;时选择大一号或大二号的工字钢;u 若剪力较大时,还需校核剪切强度。若剪力较大时,还需校核剪切强度。2022-8-320maxcWMAFCNMPa5 .100可以使用可以使用l 本题不需要校核剪切
13、强度本题不需要校核剪切强度拉拉(压压)弯组合变形时,危险点的弯组合变形时,危险点的应力状态应力状态是是单向单向应力状态应力状态。l 按按弯曲正应力弯曲正应力选择工字钢型号选择工字钢型号WMC3cm120CMW 选选16号工字钢号工字钢,cm1413W即2cm13.26A2022-8-321 当直杆受到与杆的轴线平行当直杆受到与杆的轴线平行但不重合但不重合的拉力或的拉力或压力作用时,即为偏心拉伸或偏心压缩压力作用时,即为偏心拉伸或偏心压缩。如钻床的立柱、厂房中支承吊车梁的柱子。如钻床的立柱、厂房中支承吊车梁的柱子。F1F2二、偏心拉伸与偏心压缩二、偏心拉伸与偏心压缩2022-8-322 以横截面
14、具有两对称轴的等直杆承受距离截面形以横截面具有两对称轴的等直杆承受距离截面形心为心为 e ( (称为偏心距称为偏心距) )的偏心拉力的偏心拉力F为例,来说明为例,来说明. . 将偏心拉力将偏心拉力 F 用用静力等静力等效力系效力系来代替。把来代替。把A A点处点处的拉力的拉力F向截面形心向截面形心O1 1点点简化,得到轴向拉力简化,得到轴向拉力F和和两个在纵对称面内的力两个在纵对称面内的力偶偶Meyey、Mezez。FezFeyFyMFzM, 因此,杆将因此,杆将发生轴向拉伸和在两个纵对称面发生轴向拉伸和在两个纵对称面O1xy、O1xz内的纯弯曲。内的纯弯曲。 z1yOeFA(y ,z )FF
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