第9章 拉伸压缩精选PPT.ppt
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1、第9章 拉伸压缩第1页,本讲稿共82页轴向拉压的概念及实例轴向拉压的概念及实例拉伸、压缩、剪切拉伸、压缩、剪切 内力计算内力计算应力及强度条件应力及强度条件材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能拉压杆的变形计算拉压杆的变形计算 拉压超静定问题拉压超静定问题 剪切变形剪切变形第2页,本讲稿共82页 轴向拉压的概念及实例一、工程实例一、工程实例斜拉桥承受拉力的钢缆斜拉桥承受拉力的钢缆第3页,本讲稿共82页三、变形特点三、变形特点二、受力特点二、受力特点 四、计算简图四、计算简图FFFF轴向压缩轴向压缩轴向拉伸轴向拉伸外力的合力作用线与杆的轴线重合外力的合力作用线与杆的轴线重合 沿
2、轴向伸长或缩短沿轴向伸长或缩短第4页,本讲稿共82页mmFF一、求内力一、求内力 设一等截面直杆在两端轴向拉力设一等截面直杆在两端轴向拉力 F 的作用下处于平衡的作用下处于平衡,试求杆试求杆件件 横截面横截面 m-m 上的内力。上的内力。内力计算 第5页,本讲稿共82页 在求内力的截面在求内力的截面m-m 处,处,将杆件截为两部分。将杆件截为两部分。取左部分作为研究对象。取左部分作为研究对象。去掉部分对研究对象的作用以去掉部分对研究对象的作用以截开面上的内力代替,合力为截开面上的内力代替,合力为FN 。mmFFN截面法截面法(1)截开)截开mmFF(2)代替)代替第6页,本讲稿共82页对研究对
3、象列平衡方程对研究对象列平衡方程FN=F 式中:式中:FN 为杆件任一横为杆件任一横截面截面 m-m上的内力,与杆的轴线上的内力,与杆的轴线重合。即垂直于横截面并通过其重合。即垂直于横截面并通过其形心,称为形心,称为轴力轴力。(3)平衡)平衡mmFFmmFFN第7页,本讲稿共82页FN 若取右侧部分为研究若取右侧部分为研究对象,则在截开面上的轴对象,则在截开面上的轴力与左侧部分上的轴力数力与左侧部分上的轴力数值相等而指向相反。值相等而指向相反。mmFFmmFFNmFm第8页,本讲稿共82页轴力符号的规定轴力符号的规定mmFFNFNmFm(1)若轴力的方向背离截)若轴力的方向背离截面,则规定为正
4、的,称为面,则规定为正的,称为拉力拉力。(2)若轴力的方向指)若轴力的方向指向截面,则规定为负的,向截面,则规定为负的,称为称为压力压力。mFFmmFFm第9页,本讲稿共82页二、轴力图二、轴力图用用平行于杆轴线平行于杆轴线的坐标表示横截面的位置;的坐标表示横截面的位置;用用垂直于杆轴线垂直于杆轴线的坐标表示横截面上轴力的数值;的坐标表示横截面上轴力的数值;从而绘出对应横截面位置的轴力的图线从而绘出对应横截面位置的轴力的图线称为轴力图称为轴力图;将正的轴力画在将正的轴力画在 x 轴上侧,负的轴力画在轴上侧,负的轴力画在 x 轴下侧。轴下侧。xFNO第10页,本讲稿共82页例例1、一等截面直杆受
5、力情况如图所示,作杆的轴力图。、一等截面直杆受力情况如图所示,作杆的轴力图。CABD600300500400E40kN55kN25kN20kN第11页,本讲稿共82页解解:求支座反力求支座反力FRACABDE40kN55kN25kN20kNCABD600300500400E40kN55kN25kN20kN第12页,本讲稿共82页 求求AB段内的轴力段内的轴力FRAFN1FRACABDE40kN55kN25kN20kN1第13页,本讲稿共82页 求求BC段内的轴力段内的轴力 FRA40kNFN2FRACABDE40kN55kN25kN20kN2第14页,本讲稿共82页 FN3求求CD段内的轴力段
6、内的轴力20kN25kNFRACABDE40kN55kN25kN20kN3第15页,本讲稿共82页求求DE段内的轴力段内的轴力20kNFN4FRACABDE40kN55kN25kN20kN4第16页,本讲稿共82页FN1=10kN (拉力)(拉力)FN2=50kN (拉力)(拉力)FN3=-5kN(压力)(压力)FN4=20kN (拉力)(拉力)发生在发生在BC段内任一横截面上段内任一横截面上5010520+CABD600300500400E40kN55kN25kN20kN第17页,本讲稿共82页应力及强度条件应力及强度条件一、横截面上的正一、横截面上的正 应应 力力(某一点的某一点的内力或内
7、力集度内力或内力集度)FFabcd第18页,本讲稿共82页变形现象变形现象(1)横向线横向线ab和和cd仍为直线,且仍然垂直于轴线;仍为直线,且仍然垂直于轴线;(2)ab和和cd分别平行移至分别平行移至ab和和cd,且伸长量相等。且伸长量相等。结论:各处纤维的伸长相同,所以它们所受的力也相同。结论:各处纤维的伸长相同,所以它们所受的力也相同。FFabcd第19页,本讲稿共82页平面假设平面假设变形前为平面变形前为平面的横截面,在的横截面,在变形后仍保持为平面变形后仍保持为平面,且仍垂直于轴线。且仍垂直于轴线。F FN均匀分布均匀分布内力分布内力分布第20页,本讲稿共82页 式中式中,FN 为轴
8、力,为轴力,A 为杆件横截面面积,正应力为杆件横截面面积,正应力 的符号与轴力的符号与轴力FN 的符号相同。的符号相同。当轴力为正号时(拉伸),当轴力为正号时(拉伸),正应力也正应力也为正号,称为拉为正号,称为拉应力应力;当轴力为负号时(压缩),当轴力为负号时(压缩),正应力也正应力也为负号,称为压为负号,称为压应力应力。正应力公式正应力公式第21页,本讲稿共82页Fkk F二、斜截面上的应力二、斜截面上的应力斜截面上的应力斜截面上的应力FkkFp以以 p表示斜截面表示斜截面 k-k上的上的 应力,有应力,有第22页,本讲稿共82页沿截面法线方向的正应力沿截面法线方向的正应力 沿截面切线方向的
9、切应力沿截面切线方向的切应力 将应力将应力 p分解为两个分量:分解为两个分量:Fkkxn p p 第23页,本讲稿共82页(1)角角符号的规定符号的规定(2)正应力)正应力拉伸为正拉伸为正压缩为负压缩为负(3)切应力:对研究对象任一点取矩)切应力:对研究对象任一点取矩顺时针为正顺时针为正逆时针为负逆时针为负逆时针时逆时针时 为正号为正号顺时针时顺时针时 为负号为负号自自 x 转向转向 nFkk FFkkxn p p 第24页,本讲稿共82页(1)当)当 =0 时时,(2)当)当 =45时,时,(3)当)当 =-45时,时,(4)当)当 =90时,时,讨 论xnFkk 第25页,本讲稿共82页第
10、26页,本讲稿共82页第27页,本讲稿共82页第28页,本讲稿共82页第29页,本讲稿共82页三、强度条件三、强度条件 杆件中的最大工作应力不超过材料的许用应力。杆件中的最大工作应力不超过材料的许用应力。数学表达式为数学表达式为 上上式式称称为为拉拉伸伸与与压压缩缩杆杆件件的的强强度度设设计计准准则则,又又称称为为强强度度条条件件。其其中中称称为为许许用用应应力力,与与杆杆件件的的材材料料力力学学性性能能及及工工程程对对杆杆件件安安全全度度的的要求有关。要求有关。第30页,本讲稿共82页强度条件的应用强度条件的应用(1)强度校核强度校核 已已知知杆杆件件的的几几何何尺尺寸寸、受受力力大大小小以
11、以及及许许用用应应力力,校校核核杆杆件或结构的件或结构的强度强度是否安全,即验证是否符合设计准则。是否安全,即验证是否符合设计准则。第31页,本讲稿共82页(2)设计截面)设计截面 已已知知杆杆件件的的受受力力大大小小以以及及许许用用应应力力,根根据据设设计计准准则则,计计算算所所需需要要的的杆杆件件横横截截面面面面积积,进进而而设设计计处处出出合合理理的的横横截截面面尺寸尺寸。(3)确定许可荷载)确定许可荷载 根根据据设设计计准准则则,确确定定杆杆件件或或结结构构所所能能承承受受的的最最大大轴轴力力,进而求得所能承受的进而求得所能承受的外加荷载外加荷载。第32页,本讲稿共82页例例2、一横截
12、面为正方形的柱分上、下两段,、一横截面为正方形的柱分上、下两段,其受力情况、各段长度及横截面面积如图其受力情况、各段长度及横截面面积如图所示。所示。已知已知F=50kN,试求荷载引起的最大,试求荷载引起的最大工作应力。工作应力。FABCFF3000400037024021解:(解:(1)作轴力图)作轴力图第33页,本讲稿共82页FABCFF300040003702402150kN150kN(2)求应力求应力结论:结论:在柱的下段,其值在柱的下段,其值 为为1.1MPa,是压应力。,是压应力。第34页,本讲稿共82页例例3、简易起重设备中,、简易起重设备中,AC杆由两根杆由两根 80 80 7等
13、边角钢组等边角钢组成,成,AB杆由两根杆由两根 10号工字钢组成。材料为号工字钢组成。材料为Q235钢,许用应钢,许用应力力=170MPa 。求许可荷载。求许可荷载 F。ABCF1m3030。Q235是冷轧钢,由是冷轧钢,由Q+数字组成。它的钢号冠以数字组成。它的钢号冠以“Q”,代表钢材,代表钢材 的屈服点,后面的数字表示屈服点数值,单位是的屈服点,后面的数字表示屈服点数值,单位是MPa。Q235表示屈服点(表示屈服点(s)为)为235 MPa的碳素结构钢。的碳素结构钢。第35页,本讲稿共82页解:(解:(1)取结点取结点A为研究对象,受力分析如图所示。为研究对象,受力分析如图所示。ABCF1
14、m3030。FAxyFN1FN230。第36页,本讲稿共82页结点结点A的平衡方程为的平衡方程为由型钢表查得由型钢表查得可得可得FAxyFN1FN230。第37页,本讲稿共82页(2)许可轴力为)许可轴力为(3)各杆的许可荷载)各杆的许可荷载(4)结论:许可荷载)结论:许可荷载 F=184.6kN第38页,本讲稿共82页例例4、刚性杆、刚性杆ACB由圆杆由圆杆CD悬挂在悬挂在C点,点,B端作用集中力端作用集中力F=25kN,已知已知CD杆的直径杆的直径d=20mm,许用应力许用应力=160MPa,试校核,试校核CD杆的强度,并求:杆的强度,并求:(1)结构的许可荷载)结构的许可荷载F;(2)若
15、)若F=50kN,设计,设计CD杆的杆的直径。直径。2aaFABDC第39页,本讲稿共82页解:(解:(1)求)求CD杆的内力杆的内力2aaFABDCFNCDFACBFRAyFRAx(2)结构的许可荷载)结构的许可荷载FF=33.5kN第40页,本讲稿共82页2aaFABDC(3)若)若F=50kN,设计,设计CD杆的杆的直径直径d=24.4mm取取 d=25mmFNCDFACBFRAyFRAx第41页,本讲稿共82页材料在拉伸和压缩时的力学性能一、实验方法一、实验方法(1)常温常温:室内温度:室内温度(2)静载静载:以缓慢平稳的方式加载以缓慢平稳的方式加载(3)标准试件标准试件:采用国家标准
16、统一制定的试件:采用国家标准统一制定的试件试验条件试验条件第42页,本讲稿共82页试验设备试验设备(1)微机控制电子万能试验机)微机控制电子万能试验机(2)游标卡尺)游标卡尺第43页,本讲稿共82页二、拉伸试验二、拉伸试验 在试样中间等直部分上划两条横在试样中间等直部分上划两条横线这一段杆件称为线这一段杆件称为标距标距 l。l=10d 或或 l=5d 低碳钢拉伸时的力学性质低碳钢拉伸时的力学性质(1)拉伸试样)拉伸试样dl标距标距第44页,本讲稿共82页(2)拉伸图拉伸图(F-l 曲线曲线)拉伸图与试样的尺寸有关。拉伸图与试样的尺寸有关。为了消除试样尺寸的影响,把为了消除试样尺寸的影响,把拉力
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