材料力学第八章弯曲变形精.ppt
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1、材料力学 第八章 弯曲变形第1页,本讲稿共78页同济大学航空航天与力学学院顾志荣第八章 弯曲变形 材料力学第2页,本讲稿共78页 回回 顾:顾:弯曲内力在外力作用下,梁的内力沿轴线 的变化规律。弯曲应力在外力作用下,梁内应力沿横截面高度的分布规律。本本 章章:弯曲变形在外力作用下,梁在空间位置的变化规律。第八章 弯曲变形 第3页,本讲稿共78页研究弯曲变形的目的研究弯曲变形的目的(1)刚度计算;(2)解简单的超静定梁。本章的基本内容:本章的基本内容:一、弯曲变形的量度及符号规定;二、挠曲线及其近似微分方程三、计算弯曲变形的两种方法 (1)积分法(2)叠加法四、刚度条件 提高梁弯曲刚度的措施五、
2、用变形比较法解简单的超静定梁。第八章 弯曲变形 第4页,本讲稿共78页一、弯曲变形的量度及符号规定第八章 弯曲变形 第5页,本讲稿共78页 梁的挠度和转角梁的挠度和转角 ypxcw1、度量弯曲变形的两个量:(1)挠度:梁轴线上的点在垂直于梁轴线方向的所发生的线位移称为挠度。(工程上的一般忽略水平线位移)(2)转角:梁变形后的横截面相对于原来横截面绕中性轴所转过的角位移称为转角。第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /一、弯曲变形的量度及符号规定一、弯曲变形的量度及符号规定第6页,本讲稿共78页 梁的挠度和转角梁的挠度和转角 ypxcw(2)挠度的符号规定:向上为正,向下为负。2、符号规定:(1)坐标
3、系的建立:坐标原点一般设在梁的左端,并规定:以变形前的梁轴线为x轴,向右为正;以y轴代表曲线的纵坐标(挠度),向上为正。(3)转角的符号规定:逆时针转向的转角为正;顺时针转向的转角为负。W(-)(-)第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /一、弯曲变形的量度及符号规定一、弯曲变形的量度及符号规定第7页,本讲稿共78页第八章 弯曲变形 二、挠曲线及其近似微分方程第8页,本讲稿共78页1、挠曲线:在平面弯曲的情况下,梁变形后的轴线在弯曲平面内成为一条曲线,这条曲线称为挠曲线。轴线轴线纵向对称面纵向对称面FqM弯曲后梁的轴线弯曲后梁的轴线(挠曲线)(挠曲线)第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /二、挠曲线及其
4、近似微分方程二、挠曲线及其近似微分方程第9页,本讲稿共78页MABMCD0MBCconst答案答案 D D2、挠曲线的特征:光滑连续曲线(1)第10页,本讲稿共78页2 2、挠曲线的特征:光滑连续曲线、挠曲线的特征:光滑连续曲线(2)(2)FA0FB0MCDconst答案答案 D DABCD第11页,本讲稿共78页2 2、挠曲线的特征:光滑连续曲线、挠曲线的特征:光滑连续曲线(3)(3)pplpplpplpplFA0pplABCDMBDconstFBP答案答案C C第12页,本讲稿共78页力学公式力学公式数学公式数学公式1 1 1 1 MMEIEI纯弯曲纯弯曲 横力弯曲横力弯曲(lh5)1 1
5、 1 1 (x x x x)MM(x x)EIEI1 1(x x)d2 2wd dx2 1+(1+(d dwd dx)2 2 3/23/23、挠曲线的近似微分方程(1)曲率与弯矩、抗弯刚度的关系第13页,本讲稿共78页小挠度情形下小挠度情形下此即此即弹性曲线的小挠度微分方程弹性曲线的小挠度微分方程横力弯曲横力弯曲1 1 1 1 (x x x x)MM(x x)EIEImax(0.010.001)l;(d d d d d d d dx x)2 2 2 2 1 1 1 11 1(x x)d2 2d dx2 1+(1+(d dd dx)2 2 3/23/2MMEIEId d2 2 2 2d d d
6、dx x2 2(x)第14页,本讲稿共78页2 2owxMM选取如图坐标系,则选取如图坐标系,则 弯矩弯矩M与与 恒为同号恒为同号(2)挠曲线近似微分方程符号及近似解释MMEIEId d2 22 2d d d dx x22(x)近似解释:(1)忽略了剪力的影响;(2)由于小变形,略去 了曲线方程中的高次项。第15页,本讲稿共78页2 22 2(3)选用不同坐标系下的挠曲线近似微分方程d2 2d dx2M(x)EI M(x)EId2 2d dx2第16页,本讲稿共78页第八章 弯曲变形 三、计算弯曲变形的两种方法第17页,本讲稿共78页1、积分法基本方法 利用积分法求梁变形的一般步骤:(1)建立
7、坐标系(一般:坐标原点设在梁的左端),求支座反力,分段列弯矩方程;分段的原则:凡载荷有突变处(包括中间支座),应作为分段点;凡截面有变化处,或材料有变化处,应作为分段点;中间铰视为两个梁段间的联系,此种联系体现为两部分之间 的相互作用力,故应作为分段点;第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第18页,本讲稿共78页(2)分段列出梁的挠曲线近似微分方程,并对其积分两次对挠曲线近似微分方程积分一次,得转角方程:再积分一次,得挠曲线方程:第八章第八章 弯曲变形弯曲变形
8、 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第19页,本讲稿共78页(3)利用边界条件、连续条件确定积分常数 积分常数的数目取决于的分段数 M(x)n 段 积分常数2n个举例:分2段,则积分常数2x2=4个第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第20页,本讲稿共78页积分常数的确定边界条件和连续条件:边界条件边界条件:梁在其支承处的挠度或转角是已知的,这样的已知条件称为边界条件。连续条件连续条件:梁的挠曲线是一条连续、光滑、平坦的曲线。因此,在梁的同一截面上不可能有两个不同的挠度值或转角值,这样的已知条件称为连续条件。边界条件积分常数
9、2n个=2n个连续条件第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第21页,本讲稿共78页边界条件:连续条件:例题:列出图示结构的边界条件和连续条件。第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第22页,本讲稿共78页例题:列出图示结构的边界条件和连续条件。解:边界条件:连续条件:第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第23页,本讲稿共78页积分常数的物理意义和几何意义物理意义:将x=0代入转角方程和挠曲线方程,得 即坐标原点处梁的转角,它的EI倍就是积分常数C;
10、即坐标原点处梁的挠度的EI倍就是积分常数D。几何意义:C转角 D挠度(4)建立转角方程和挠曲线方程;(5)计算指定截面的转角和挠度值,特别注意 和 及其所在截面。第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第24页,本讲稿共78页AqBL例例题题 悬臂梁受力如图所示。求悬臂梁受力如图所示。求 和和 。Xyx取参考坐标系取参考坐标系Axy。解:解:1、列出梁的弯矩方程、列出梁的弯矩方程2、积分一次:积分一次:积分二次:积分二次:(1)(2)第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第25页,本讲稿共78页3、确
11、定常数、确定常数C、D.由边界条件:由边界条件:代入(代入(1)得:)得:代入(代入(2)得:)得:代入(代入(1)()(2)得:)得:第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第26页,本讲稿共78页代入得:代入得:将将(与(与C比比较知:知:)(与(与D比比较知:知:)常数常数C表示起始截面的转角表示起始截面的转角刚度刚度(EI)因此因此常数常数D表示起始截面的挠度表示起始截面的挠度刚度刚度(EI)第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第27页,本讲稿共78页例例题题 一简支梁受力如图所示。试求一简
12、支梁受力如图所示。试求 和和 。ALFCabyx解:解:1、求支座反力、求支座反力x2、分段列出梁的弯矩方程、分段列出梁的弯矩方程BC段段xAC段段B第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第28页,本讲稿共78页BC段段AC段段3、确定常数、确定常数由边界条件:由边界条件:(1)(2)由光滑连续条件:由光滑连续条件:(3)(4)可解得:可解得:第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第29页,本讲稿共78页则简支梁的转角方程和挠度方程为则简支梁的转角方程和挠度方程为BC段段AC段段4、求转角、求转角代
13、入得:代入得:代入得:代入得:第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第30页,本讲稿共78页5、求、求 。求得求得 的位置值的位置值x。则由则由解得:解得:第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第31页,本讲稿共78页代入代入 得:得:若若 则:则:在简支梁情况下,不管在简支梁情况下,不管在简支梁情况下,不管在简支梁情况下,不管F F作用在何处(支承除外),作用在何处(支承除外),作用在何处(支承除外),作用在何处(支承除外),可用可用可用可用中间挠度代替,其误差不大,不超过中间挠度代替,其误差不大
14、,不超过中间挠度代替,其误差不大,不超过中间挠度代替,其误差不大,不超过3%3%3%3%。第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第32页,本讲稿共78页积分法求梁变形举例:用积分法求图示梁的、:第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第33页,本讲稿共78页1分段建立弯矩方程:AB段:(0 x1 )BC段:()第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第34页,本讲稿共78页二、分段建立近似微分方程,并对其积分两次:AB段:即:(1)(2)第八章第八章 弯曲
15、变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第35页,本讲稿共78页BC段:(3)(4)第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第36页,本讲稿共78页三、利用边界条件、连续条件确定积分常数由边界条件确定C1、D1:当当时,,由(1)式得C1=0;时,,由(2)式得D1=0。由连续条件确定C2、D2:第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第37页,本讲稿共78页当时,,即联立(1)、(3)式子:,当时,即联立(2)、(4)式:即得:D2=0第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、
16、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第38页,本讲稿共78页四、分段建立转角方程、挠曲线方程:AB段:(5)(6)BC段:(7)(8)第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第39页,本讲稿共78页五求梁指定截面上的转角和挠度当时,由(5)式得,由(6)式得,当时,由(7)式得,由(8)式得,第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第40页,本讲稿共78页 叠加法前提叠加法前提叠加法前提叠加法前提 小变形小变形小变形小变形 力与位移之间的线性关系力与位移之间的线性关系力与位移之间的线性关系力
17、与位移之间的线性关系挠度、转角与载荷(如挠度、转角与载荷(如P、q、M)均为一次线性关系)均为一次线性关系轴向位移忽略不计。轴向位移忽略不计。2、叠加法简捷方法 须记住梁在简单荷载作用下的变形挠曲线方程、转角、挠度计算公式。第八章第八章 弯曲变形弯曲变形 /三、计算弯曲变形的两种方法三、计算弯曲变形的两种方法第41页,本讲稿共78页叠加法的两种处理方法:(1)荷载叠加:叠加原理:叠加原理:在小变形和线弹性范围内,由几个载荷在小变形和线弹性范围内,由几个载荷共同作用下梁的任一截面的挠度和转角,应等于每共同作用下梁的任一截面的挠度和转角,应等于每个载荷单独作用下同一截面产生的挠度和转角的代个载荷单
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