直梁的弯曲.培训课件.ppt
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1、直梁的弯曲.梁的弯曲实例与概念梁的弯曲实例与概念梁的弯曲实例与概念受力特点受力特点在构件的纵向对称平面内,受到垂直于梁的轴线的力或力偶作用,使构件的轴线在此平面内弯曲为曲线,这样的弯曲称为平面弯曲;外力彼此相距较远。以以弯曲变形为主要变形形式弯曲变形为主要变形形式的杆件称为的杆件称为梁梁。梁的几何形状与名称abcda1b1c1d1aibicidilbhxyzmnm1n1minio具有对称平面的等截面直梁梁上外力、梁的支座及分类n外力的类型集中力分布力集中力偶qhW线密度m梁上外力、梁的支座及分类n梁的分类简支梁:简支梁:吊车梁悬臂梁:悬臂梁:管道托架,塔设备外伸梁:外伸梁:卧式容器本章重点讨论
2、直梁平面弯曲的本章重点讨论直梁平面弯曲的强度和刚度问题,讨论顺序:强度和刚度问题,讨论顺序:外力外力-内力内力-应力应力-强度条件和强度条件和刚度条件。刚度条件。4.2 梁的内力分析梁的内力分析Pmnxl力矩平衡:力矩平衡:M+P(l-x)=0 剪力:剪力:Q=P弯矩:弯矩:M=-P(l-x)剪力、弯矩正负号的含义剪力、弯矩正负号的含义力平衡:力平衡:Q-P=0PQM(按左半边梁,能算出(按左半边梁,能算出Q Q、M M吗?)吗?)QM弯矩的符号约定弯矩的符号约定上压下拉为正上压下拉为正+MM上拉下压为负上拉下压为负-MM注意注意:当梁的跨度当梁的跨度(两支点间的距离两支点间的距离)较大时,较
3、大时,剪力相比于弯矩较小,在工程上可不考虑剪剪力相比于弯矩较小,在工程上可不考虑剪力的作用,只考虑弯矩。力的作用,只考虑弯矩。梁在外力作用下,其任意指定横截面上的弯梁在外力作用下,其任意指定横截面上的弯矩等于该截面一侧所有外力对该截面中性轴矩等于该截面一侧所有外力对该截面中性轴取矩的代数和:取矩的代数和:M=mo(Fi)凡是向上的外力其矩取正,向下的外力其矩凡是向上的外力其矩取正,向下的外力其矩取负:取负:向上为正向上为正对于集中力偶:对于集中力偶:左顺为正左顺为正弯矩的计算法则弯矩的计算法则 n弯矩图弯矩图 梁横截面上的弯矩,一般随横截面的位置而变梁横截面上的弯矩,一般随横截面的位置而变化,
4、以坐标化,以坐标 x 表示横截面位置,则弯矩可表示为表示横截面位置,则弯矩可表示为x的函数:的函数:M=M(x)称为梁的弯矩方程称为梁的弯矩方程 为了形象地表示梁各个横截面上弯矩的大小与为了形象地表示梁各个横截面上弯矩的大小与正负,将弯矩方程用图表示,称为弯矩图。正负,将弯矩方程用图表示,称为弯矩图。一、弯矩图的作法:先求得梁的支座反力,列一、弯矩图的作法:先求得梁的支座反力,列出弯矩方程,然后选择适当的比例,以出弯矩方程,然后选择适当的比例,以x x为横坐为横坐标,弯矩为纵坐标,按方程作图。正的弯矩画标,弯矩为纵坐标,按方程作图。正的弯矩画在在x x的上方,负弯矩画在下方。的上方,负弯矩画在
5、下方。(-)弯矩图PQMPmnxl例例1 1、图示一受集中力作用的、图示一受集中力作用的悬臂梁,画该梁弯矩图。悬臂梁,画该梁弯矩图。弯矩方程:弯矩方程:弯矩图(-)QMqmnxl例例2 2、图示一受均布载荷的悬、图示一受均布载荷的悬臂梁,画该梁弯矩图。臂梁,画该梁弯矩图。BAlFAYFBY例例3 3、图示简支梁、图示简支梁 C C 点受集中力作用。点受集中力作用。试写出弯矩方程,并画出弯矩图。试写出弯矩方程,并画出弯矩图。解:解:1 1确定约束力确定约束力FAyFb/l FByFa/l2.写出弯矩方程写出弯矩方程x2Mxx1ACCB3.依方程画出弯矩图依方程画出弯矩图CFabBAlF FAYA
6、Yq qF FBYBY例例4、简简支支梁梁受受均均布布载载荷荷作作用用试试写写出弯矩方程,并画出弯矩图。出弯矩方程,并画出弯矩图。解:解:1确定约束力确定约束力FAy FBy ql/22写出弯矩方程写出弯矩方程yxCx3.依方程画出剪力图和弯矩图依方程画出剪力图和弯矩图MxBAlF FAYAYF FBYBY例例5、图图示示简简支支梁梁C点点受受集集中中力力偶偶作作用用。试写出弯矩方程,并画出弯矩图。试写出弯矩方程,并画出弯矩图。解:解:1确定约束力确定约束力FAyM/l FBy-M/l2写出弯矩方程写出弯矩方程x2x1ACCB3.依方程画出弯矩图依方程画出弯矩图CMabn规律:规律:(1)(1
7、)在梁上没有分布载荷的地方,弯矩图为一直线,在梁上没有分布载荷的地方,弯矩图为一直线,且一般为一倾斜直线。且一般为一倾斜直线。(2)(2)在有均布载荷的一段梁内,弯矩图为一抛物线。在有均布载荷的一段梁内,弯矩图为一抛物线。(3)(3)在集中力作用处,弯矩图在此为一折角。在集中力作用处,弯矩图在此为一折角。(4)(4)在集中力偶作用处,弯矩图有突变,突变之值即在集中力偶作用处,弯矩图有突变,突变之值即为该处集中力偶之力偶矩。为该处集中力偶之力偶矩。解解解解:(1)求支坐反力求支坐反力求支坐反力求支坐反力 取全梁为研究对象,由平衡方程取全梁为研究对象,由平衡方程取全梁为研究对象,由平衡方程取全梁为
8、研究对象,由平衡方程例6、一外伸梁受均布载荷均布载荷和集中力偶集中力偶作用,如图。试作此梁的弯矩图 (2)(2)画弯矩图画弯矩图画弯矩图画弯矩图 (i)(i)分段,初步确定弯矩图形状分段,初步确定弯矩图形状分段,初步确定弯矩图形状分段,初步确定弯矩图形状 仍将全梁分为仍将全梁分为仍将全梁分为仍将全梁分为CACA、ADAD、DBDB三段。三段。三段。三段。CACA段有向下的均布载荷,弯矩图为凸形的抛物线;段有向下的均布载荷,弯矩图为凸形的抛物线;段有向下的均布载荷,弯矩图为凸形的抛物线;段有向下的均布载荷,弯矩图为凸形的抛物线;ADAD、DBDB两段则为傾两段则为傾两段则为傾两段则为傾斜直线;在
9、斜直线;在斜直线;在斜直线;在A A处因有集中力,弯矩图有一折角;在处因有集中力,弯矩图有一折角;在处因有集中力,弯矩图有一折角;在处因有集中力,弯矩图有一折角;在D D处弯矩有突变,突变处弯矩有突变,突变处弯矩有突变,突变处弯矩有突变,突变之值即为该处集中力偶之力偶矩。之值即为该处集中力偶之力偶矩。之值即为该处集中力偶之力偶矩。之值即为该处集中力偶之力偶矩。(ii)(ii)求特殊截面上的弯矩求特殊截面上的弯矩求特殊截面上的弯矩求特殊截面上的弯矩 为画出各段梁弯矩图,需求以下各横截面为画出各段梁弯矩图,需求以下各横截面为画出各段梁弯矩图,需求以下各横截面为画出各段梁弯矩图,需求以下各横截面上弯
10、矩:上弯矩:上弯矩:上弯矩:(iii)(iii)(iii)(iii)作图作图作图作图 在在在在CACACACA段内再适当算出几个弯矩段内再适当算出几个弯矩段内再适当算出几个弯矩段内再适当算出几个弯矩值,标于坐标上,并与值,标于坐标上,并与值,标于坐标上,并与值,标于坐标上,并与M M M MC C C C,M M M MA A A A的坐标相连,画出抛的坐标相连,画出抛的坐标相连,画出抛的坐标相连,画出抛物线;再以直线物线;再以直线物线;再以直线物线;再以直线M M M MA A A A,M M M MD D D D左左左左和和和和M M M MD D D D右右右右,M M M MB B B
11、 B的坐标,可得全的坐标,可得全的坐标,可得全的坐标,可得全梁的弯矩图图梁的弯矩图图梁的弯矩图图梁的弯矩图图c c c c所示。由所示。由所示。由所示。由图可见,在图可见,在图可见,在图可见,在D D D D稍右处横截稍右处横截稍右处横截稍右处横截面上有绝对值最大的弯矩,面上有绝对值最大的弯矩,面上有绝对值最大的弯矩,面上有绝对值最大的弯矩,其值为其值为其值为其值为例题分析例题例题4-1:管道托架如图所示,如管道托架如图所示,如AB长为长为l,作用在其上的,作用在其上的管道重管道重P1与与P2,单位为,单位为kN,a、b、l以以m计。托架可简化为计。托架可简化为悬臂梁,试画出它的弯矩图。悬臂梁
12、,试画出它的弯矩图。例题分析x解:解:共分为三个受力段,取梁左端A为坐标原点,建立坐标系,如图:分段列弯矩方程,画弯矩图:M1=0 (0 x1 a)M2=P1(x2 a)(a x2 b)M3=P1(x3 a)P2(x3 b)(b x3 l)xP1(b a)P1(l a)P2(l b)M-例题分析例题例题4-2:卧式容器可以简化为受均布载荷的外伸梁,如图卧式容器可以简化为受均布载荷的外伸梁,如图所示受均布载荷所示受均布载荷q作用的筒体总长作用的筒体总长L,试作出其弯矩图,并,试作出其弯矩图,并讨论支座放在什么位置使设备的受力情况最好。讨论支座放在什么位置使设备的受力情况最好。解解:(1)共分三个
13、受力段,如图建立坐标系yAx(2)求支座反力RC、RDRCRD 0.5qL例题分析(3)列弯矩方程,画弯矩图AC段:M1=0.5qx12 (0 x1 a)CD段:M2=0.5q L(x2 a)0.5qx22 (ax2 L a)DB段:M=0.5q(L x)2 (L ax L)ABCDlaaLxyqRCRDMx0.5qa2 0.5qa2 qL(L-4a)/8+-例题分析欲使设备受力情况最好,就必须选择a与L的比例,使得外伸段和中间段的两个最大弯矩的绝对值相等,即:0.5qa2qL(L-4a)/8 a0.207L因此设计时通常取外伸梁长度a=0.2L,即卧式容器的支座应布置在梁的0.2L处。4.3
14、 纯弯曲时梁的正应力及正纯弯曲时梁的正应力及正应力强度条件应力强度条件纯弯曲时梁横截面上的正应力纯弯曲时梁横截面上的正应力梁段梁段CD上,只有弯矩,没有剪力上,只有弯矩,没有剪力 纯弯曲纯弯曲梁段梁段AC和和BD上,既有弯矩,又有剪力上,既有弯矩,又有剪力 横力弯曲横力弯曲一、实验观察和假设推论一、实验观察和假设推论研究对象:等截面直梁研究对象:等截面直梁研究方法:实验研究方法:实验观察观察假设假设 实验现象实验现象:1、横线仍是直线,但发生相对转动,、横线仍是直线,但发生相对转动,仍与纵线正交;仍与纵线正交;2、纵线弯成曲线,且梁的下侧伸长,、纵线弯成曲线,且梁的下侧伸长,上侧缩短;上侧缩短
15、;3、横截面的高度不变,宽度在上部略、横截面的高度不变,宽度在上部略为增大,下部为增大,下部 略为缩小。略为缩小。假设:假设:1 1、平面假设:、平面假设:横截面变形后保持为平面,只是绕截面内横截面变形后保持为平面,只是绕截面内某一轴线某一轴线偏转了一个角度。偏转了一个角度。2 2、互不挤压假设:、互不挤压假设:所有纵向纤维只受到轴向拉伸或压缩,所有纵向纤维只受到轴向拉伸或压缩,相互之间没有挤压。相互之间没有挤压。推论:推论:1、纯弯曲时梁的变形本质上是拉伸或压缩变形,而非剪切变形,梁横截面宽度的改变是纵向纤维的横向变形引起的;2、横截面上只有正应力,而无剪应力;凹侧纤维缩短,凸侧纤维伸长。因
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- 弯曲 培训 课件
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