工程力学-弯曲内力教程文件.ppt
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1、工程力学-弯曲内力5151 工程实例、基本概念一、实例一、实例工厂厂房的天车大梁:工厂厂房的天车大梁:火车的轮轴:火车的轮轴:FFFFFF2楼房的横梁:楼房的横梁:阳台的挑梁:阳台的挑梁:34二、二、弯曲的概念弯曲的概念:受力特点受力特点作用于杆件上的作用于杆件上的外力外力都都垂直垂直于杆的于杆的轴线轴线。变形特点变形特点杆轴线由杆轴线由直线直线变为一条平面的变为一条平面的曲线曲线。三、梁的概念:主要产生弯曲变形的杆。三、梁的概念:主要产生弯曲变形的杆。四、平面弯曲的概念:四、平面弯曲的概念:5受力特点受力特点作用于杆件上的外力都垂直于杆的轴线,且都在作用于杆件上的外力都垂直于杆的轴线,且都在
2、 梁的纵向对称平面内(通过或平行形心主轴上且过梁的纵向对称平面内(通过或平行形心主轴上且过 弯曲中心)弯曲中心)。变形特点变形特点杆的轴线在梁的纵向对称面内由直线变为一条平杆的轴线在梁的纵向对称面内由直线变为一条平 面曲线。面曲线。纵向对称面纵向对称面MF1F2q平面弯曲平面弯曲6五、弯曲的分类:五、弯曲的分类:1 1、按杆的形状分、按杆的形状分直杆直杆的弯曲;曲杆的弯曲。的弯曲;曲杆的弯曲。2 2、按杆的长短分、按杆的长短分细长杆细长杆的弯曲;短粗杆的弯曲。的弯曲;短粗杆的弯曲。3 3、按杆的横截面有无对称轴分、按杆的横截面有无对称轴分 有对称轴有对称轴的弯曲;无对称轴的弯曲。的弯曲;无对称
3、轴的弯曲。4 4、按杆的变形分、按杆的变形分平面弯曲平面弯曲;斜弯曲;斜弯曲;弹性弯曲弹性弯曲;塑性弯曲。;塑性弯曲。5 5、按杆的横截面上的应力分、按杆的横截面上的应力分纯弯曲;横力弯曲纯弯曲;横力弯曲。7(一)、简化的原则(一)、简化的原则:便于计算,且符合实际要求。:便于计算,且符合实际要求。(二)、梁的简化(二)、梁的简化:以梁的轴线代替梁本身。:以梁的轴线代替梁本身。(三)、荷载的简化:(三)、荷载的简化:1 1、集中力、集中力荷载作用的范围与整个杆的长度相比非常小时。荷载作用的范围与整个杆的长度相比非常小时。2 2、分布力、分布力荷载作用的范围与整个杆的长度相比不很小时。荷载作用的
4、范围与整个杆的长度相比不很小时。3 3、集中力偶(分布力偶)、集中力偶(分布力偶)作用于杆的纵向对称面内的力偶。作用于杆的纵向对称面内的力偶。(四)、支座的简化:(四)、支座的简化:1 1、固定端、固定端有三个约束反力。有三个约束反力。FXAFAYMA六、梁、荷载及支座的简化六、梁、荷载及支座的简化82 2、固定铰支座、固定铰支座 有二个约束反力。有二个约束反力。3 3、可动铰支座、可动铰支座 有一个约束反力。有一个约束反力。FAYFAXFAY9(五)、梁的三种基本形式:(五)、梁的三种基本形式:q(x)分布力分布力1 1、悬臂梁:、悬臂梁:2 2、简支梁:、简支梁:3 3、外伸梁:、外伸梁:
5、集中力集中力Fq 均布力均布力LLLL(L称为梁的跨长)称为梁的跨长)M 集中力偶集中力偶10(六)、静定梁与超静定梁(六)、静定梁与超静定梁静定梁静定梁:由静力学方程可求:由静力学方程可求出支反力。出支反力。超静定梁超静定梁:由静力学方程不:由静力学方程不可求出支反力或不能求出全可求出支反力或不能求出全部支反力。部支反力。1152 52 弯曲内力与内力图弯曲内力与内力图一、内力的确定(截面法):一、内力的确定(截面法):例例已知:如图,已知:如图,F,a,l。求:距求:距A端端x处截面上内力。处截面上内力。FAYFAXFBYFABFalAB解:解:求外力求外力FAX=0 以后可省略不求以后可
6、省略不求mmx12ABFFAYFAXFBYmmx求内力求内力FsMMFs 弯曲构件内力:弯曲构件内力:剪力剪力,弯矩弯矩。FAYACFBYFC研究对象:研究对象:m-m 截面的左段:截面的左段:或,研究对象:或,研究对象:m-m 截面的右段:截面的右段:13ABFFAYFAXFBYmmxFsMMFs1.弯矩:弯矩:M 构件受弯时,横截面上构件受弯时,横截面上存在垂直于截面的内力偶矩存在垂直于截面的内力偶矩(弯矩)。(弯矩)。AFAYCFBYFC2.剪力:剪力:Fs 构件受弯时,横截面上构件受弯时,横截面上存在平行于截面的内力(剪存在平行于截面的内力(剪力)。力)。14二、二、内力的正负规定内力
7、的正负规定:剪力剪力Fs:在保留段内任取一点,如果剪力的方向对其点之在保留段内任取一点,如果剪力的方向对其点之 矩为顺时针的,则此剪力规定为正值,反之为负值。矩为顺时针的,则此剪力规定为正值,反之为负值。弯矩弯矩M:使梁微段变成上凹下凸形状的为正弯矩;反之为负值。使梁微段变成上凹下凸形状的为正弯矩;反之为负值。Fs(+)Fs(+)Fs()Fs()M(+)M(+)M()M()15三、注意的问题三、注意的问题1 1、在截开面上设正的内力方向。、在截开面上设正的内力方向。2 2、在截开前不能将外力平移或简化。、在截开前不能将外力平移或简化。四、简易法求内力:四、简易法求内力:左上右下剪力为正,左顺右
8、逆弯矩为正左上右下剪力为正,左顺右逆弯矩为正。(一侧)(一侧),(一侧)。(一侧)。16 例例:求求1-1、2-2截面处的内力。截面处的内力。qLM1解解qqLab1-12-2qLM2x21122171.2kN/m0.8kNAB1.5m 1.5m3m2m1.5m1122 例例:梁梁1-11-1、2-22-2截面处的内力。截面处的内力。解:解:(1)确定支座反力)确定支座反力RARB(2)(2)1 1-1-1截面左段右侧截面截面左段右侧截面:2 2-2-2截面右段左侧截面:截面右段左侧截面:RA18 例例:求图求图所所示梁示梁1-11-1、2-22-2截面处的内力。截面处的内力。aaaABCDF
9、a11221.3a0.5aF解:解:(1)确定支座反力)确定支座反力(2 2)求内力求内力,1 1-1-1截面取左侧考虑:截面取左侧考虑:2 2-2-2截面取右侧考虑:截面取右侧考虑:19五、剪力方程、弯矩方程五、剪力方程、弯矩方程:剪力、弯矩表达为截面位置剪力、弯矩表达为截面位置x x的函数式的函数式。Q Q=Q(x=Q(x)剪力方程,M=M(x)M=M(x)弯矩方程 注意注意:不能用一个函数表达的要不能用一个函数表达的要 分段,分段点为集中力作分段,分段点为集中力作 用点、集中力偶作用点、用点、集中力偶作用点、分布力的起点、终点。分布力的起点、终点。LqABA(-)(-)20六、剪力图和弯
10、矩图:六、剪力图和弯矩图:剪力、弯矩沿梁轴线变化的图形。剪力、弯矩沿梁轴线变化的图形。七、剪力图、弯矩图绘制的步骤:同轴力图。七、剪力图、弯矩图绘制的步骤:同轴力图。1 1、建立直角坐标系,、建立直角坐标系,2 2、取比例尺,、取比例尺,3 3、按坐标的正负规定画出剪力图和弯矩图。、按坐标的正负规定画出剪力图和弯矩图。xQxM21八、利用剪力方程弯矩方程画出剪力图和弯矩图八、利用剪力方程弯矩方程画出剪力图和弯矩图步骤:步骤:1 1、利用静力方程确定支座反力。、利用静力方程确定支座反力。2 2、根据荷载分段列出剪力方程、弯矩方程。、根据荷载分段列出剪力方程、弯矩方程。3 3、根据剪力方程、弯矩方
11、程判断剪力图、弯矩图的形状、根据剪力方程、弯矩方程判断剪力图、弯矩图的形状 描点绘出剪力图、弯矩图。描点绘出剪力图、弯矩图。4 4、确定最大的剪力值、弯矩值。、确定最大的剪力值、弯矩值。22Fs(x)xM(x)xFFL解解:求支反力求支反力写出内力方程写出内力方程根据方程画内力图根据方程画内力图 例例 列出梁内力方程并画出内力图。列出梁内力方程并画出内力图。FABFAYMAF23CFalABbFAYFBYx1解解:1、求约束反力反力2 2、写出内力方程、写出内力方程AC段:BC段:3 3、根据方程画内力图、根据方程画内力图M(x)xFs(x)x 例例 画出梁的内力图。画出梁的内力图。x224F
12、s(x)xCFalABb讨论讨论CC截面剪力图的突变值。截面剪力图的突变值。集中力作用点处剪力图有突变,集中力作用点处剪力图有突变,突变值的大小等于集中力的大突变值的大小等于集中力的大小小。(集中力 F 实际是作用在X微段上)。集中力偶作用点处弯矩图有突集中力偶作用点处弯矩图有突变,突变值的大小等于集中力变,突变值的大小等于集中力偶的大小偶的大小。X25第一次作业:第一次作业:5-1.5-1.5-2 5-2.d,e,f,26mABC解解:1、求约束反力、求约束反力2 2、写出内力方程、写出内力方程3 3、根据方程画内力图、根据方程画内力图M(x)xm/Lm/2 例例 画出梁的内力图。画出梁的内
13、力图。(AC=CBAC=CB)m/2x27解解:1、支反力2 2、写出内力方程、写出内力方程1kN/m2kNABCD1m1m2mFAYFBY 例例 画出梁的内力图。画出梁的内力图。x1x2x3283、根据方程画内力图1kN/m2kNABC DFAYFBYM(x)xFs(x)x2kN2kN2kN、m 2kN、m2953 53 剪力、弯矩与分布荷载间的关系及应用剪力、弯矩与分布荷载间的关系及应用一、一、剪力、弯矩与分布荷载间的关系剪力、弯矩与分布荷载间的关系1 1、支反力:、支反力:LqRARB2 2、内力方程、内力方程3 3、讨论:、讨论:x30对对dx 段进行平衡分析,有:段进行平衡分析,有:
14、dxxq(x)q(x)M(x)+d M(x)Q(x)+dQ(x)Q(x)M(x)dxAy剪力图上某点处的切线斜率等剪力图上某点处的切线斜率等于该点处荷载集度的大小。于该点处荷载集度的大小。31q(x)M(x)+d M(x)Q(x)+dQ(x)Fs(x)M(x)dxCy弯矩图上某点处的切线斜率等于该点处剪力的大小。弯矩图上某点处的切线斜率等于该点处剪力的大小。32二、微分关系的应用二、微分关系的应用2 2、分布力、分布力q(x)=q(x)=常数时常数时剪力图为一条剪力图为一条斜直线斜直线;弯矩图为一条弯矩图为一条二次曲线二次曲线。1 1、分布力、分布力q(x)=0q(x)=0时时Q图:图:M图图
15、(Q):(1 1)当分布力的方向向上时)当分布力的方向向上时Q 图:图:M图:图:M剪力图为剪力图为斜向上斜向上的斜直线;的斜直线;剪力图为一条剪力图为一条水平线水平线;弯矩图为一条弯矩图为一条斜直线斜直线。M图图(Q0q0QQ 0,;,37Q(x)x2kN2kN解解:1、支反力支反力2、画内力图、画内力图AC段段:BD段段:剪力图为斜向下的斜直线;剪力图为斜向下的斜直线;弯矩图为上凸的二次曲线。弯矩图为上凸的二次曲线。CD段段:A、C、B 截面剪力图有突变;截面剪力图有突变;突变值的大小为其集中力的值。突变值的大小为其集中力的值。1kN/mABC D2kN2m1m1mFAYFBYM(x)xQ
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