机械设备基础第六章组合变形和强度.ppt

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1、1.1.拉伸、压缩拉伸、压缩第六章第六章 组合变形和强度组合变形和强度第一节 基本变形小结内力轴力图正应力与强度虎克定律与刚度受力与变形第一页，编辑于星期五：十一点 三十二分。内力剪力图和弯矩图正应力与强度和刚度受力与变形2.2.弯曲弯曲第二页，编辑于星期五：十一点 三十二分。受力 与变形内力剪应力与强度挤压强度3.3.3.3.挤压和剪切挤压和剪切挤压和剪切挤压和剪切剪切虎克定律与切应变第三页，编辑于星期五：十一点 三十二分。受力与变形内力扭矩图切应力与强度扭转角与刚度4.扭转扭转第四页，编辑于星期五：十一点 三十二分。1 1、受力分析，变形类型，求支座反力、受力分析，变形类型，求支座反力2

2、2、截面法求内力，画内力图、截面法求内力，画内力图3 3、确定应力分布规律、确定应力分布规律4 4、强度计算：、强度计算：校核强度、设计截面、确定许可载荷校核强度、设计截面、确定许可载荷小小 结结第五页，编辑于星期五：十一点 三十二分。5、截面对强度和刚度的影响，、截面对强度和刚度的影响，A、Wz、W、Jz、J，材料，材料远离中性轴。远离中性轴。6、许用应力、许用应力7、虎克定律，剪切虎克定律、虎克定律，剪切虎克定律8、刚度条件、刚度条件9、材料力学试验、材料力学试验第六页，编辑于星期五：十一点 三十二分。弯曲压缩第二节 复杂应力状态工程实例工程实例第七页，编辑于星期五：十一点 三十二分。拉伸

3、与压缩扭转弯曲第八页，编辑于星期五：十一点 三十二分。扭转弯曲第九页，编辑于星期五：十一点 三十二分。应力随点的位置变化应力随点的位置变化应力随截面的方位变化应力随截面的方位变化1.1.应力状态的概念应力状态的概念组合强度问题的求解叠加法（应力）第十页，编辑于星期五：十一点 三十二分。单元体单元体（Element）微分法微分法各边边长各边边长,d dx xd dy yd dz z 单元体及其各面上的应力单元体及其各面上的应力2.2.一点处的应力状态一点处的应力状态一点处的应力状态一点处的应力状态不同方位的截面上应力的集合不同方位的截面上应力的集合 在知道了单元体的三个互相垂直平面上的应力后，一

4、点处的应力状态就可以完全确定。第十一页，编辑于星期五：十一点 三十二分。单元体单元体第十二页，编辑于星期五：十一点 三十二分。受扭圆轴一点处的应力状态按不同方位截取的单元体上的应力第十三页，编辑于星期五：十一点 三十二分。主平面，主应力，主单元体主单元体：主平面上没有切应力，可用三对主平面构成的单元体来表示一点的应力状态。一点的应力状态用该点的三个主应力来表示。可正，可负，也可为零第十四页，编辑于星期五：十一点 三十二分。3.3.3.3.平面应力状态平面应力状态平面应力状态平面应力状态单向应力状态：只有一个主应力不为零；二向应力状态（平面应力状态）：有两个主应力不为零；三向应力状态：三个主应力

5、不为零；正应力拉为正，压为负；剪应力以对单元体内任一点的矩顺时针为正，反之为负。第十五页，编辑于星期五：十一点 三十二分。外法线由x轴开始，逆时针为正，反之为负。截面法斜截面上的应力 第十六页，编辑于星期五：十一点 三十二分。第十七页，编辑于星期五：十一点 三十二分。第十八页，编辑于星期五：十一点 三十二分。2的函数 半径为：圆心为：平方相加第十九页，编辑于星期五：十一点 三十二分。4.4.应应力力圆圆应力圆上的每一个点，都对应单元体上相应的截面，坐标就是对应截面的应力。由已知点（截面）的值可以求另一点（截面的值）。第二十页，编辑于星期五：十一点 三十二分。5.主应力和最大切应力主应力和最大切

6、应力第二十一页，编辑于星期五：十一点 三十二分。第二十二页，编辑于星期五：十一点 三十二分。三向应力状态的最大剪应力三向应力状态的最大剪应力第二十三页，编辑于星期五：十一点 三十二分。6.6.广义虎克定律广义虎克定律x：y：叠加：叠加：泊松比泊松比 (横向变形系数）横向变形系数）第二十四页，编辑于星期五：十一点 三十二分。第二十五页，编辑于星期五：十一点 三十二分。第三节第三节 强度理论强度理论一、强度理论的概念一、强度理论的概念 单向应力状态可通过试验建立强度条件二、材料的两种破坏形式二、材料的两种破坏形式脆断破坏屈服破坏 三向拉应力的塑性材料发生脆性断裂 三向压应力的脆性材料有时也发生明显

7、的塑性变形P30破坏原因的假说破坏原因的假说第二十六页，编辑于星期五：十一点 三十二分。三、四个基本的强度理论三、四个基本的强度理论一类是解释材料断裂破坏的强度理论，有最大拉应力理论最大拉应力理论和最大拉应最大拉应变理论变理论；另一类是解释材料流动破坏的强度理论，最大剪应力理论最大剪应力理论和形状改形状改变比能理论变比能理论。1.1.最大拉应力理论（第一强度理论）最大拉应力理论（第一强度理论）在十七世纪提出，针对建筑材料只要最大拉应力达到材料的极限值，材料就发生脆性断裂破坏。破坏条件破坏条件：强度条件：强度条件：用于受拉应力的某些脆性材料，铸铁、石料、混凝土用于受拉应力的某些脆性材料，铸铁、石

8、料、混凝土没有考虑其它两个主应力的影响，也不适用于三向压缩应力状态。没有考虑其它两个主应力的影响，也不适用于三向压缩应力状态。第二十七页，编辑于星期五：十一点 三十二分。2.2.最大伸长线应变理论（第二强度理论）最大伸长线应变理论（第二强度理论）最大伸长线应变达到材料的极限值，材料就发生脆性断裂破坏，满足虎克定律。破坏条件：破坏条件：强度条件：强度条件：不比第一强度理论好，一般不用。不比第一强度理论好，一般不用。单向拉伸试件在拉断时其横截单向拉伸试件在拉断时其横截面上的正应力面上的正应力第二十八页，编辑于星期五：十一点 三十二分。3.3.最大剪应力理论（第三强度理论）最大剪应力理论（第三强度理

9、论）最大剪应力达到极限值，材料就发生屈服破坏最大剪应力达到极限值，材料就发生屈服破坏。破坏条件：破坏条件：强度条件：强度条件：虽然没考虑虽然没考虑2，但能较好地解释塑性屈服，在工程中得到广泛的应用。，但能较好地解释塑性屈服，在工程中得到广泛的应用。塑性材料塑性材料第二十九页，编辑于星期五：十一点 三十二分。4.4.形状改变比能理论（第四强度理论）形状改变比能理论（第四强度理论）变形体单位体积内所积蓄变形能称变形体单位体积内所积蓄变形能称变形比能变形比能。包括。包括形状改变比能形状改变比能和和体积改变比能体积改变比能形状改变比能达到极限值，就发生屈服形状改变比能达到极限值，就发生屈服破坏条件：破

10、坏条件：第三十页，编辑于星期五：十一点 三十二分。强度条件：强度条件：考虑考虑2 2，得到广泛的应用。，得到广泛的应用。第三十一页，编辑于星期五：十一点 三十二分。1.脆性材料，常用第一、第二强度理论；脆性材料，常用第一、第二强度理论；2.塑性材料，常用第三、第四强度理论；塑性材料，常用第三、第四强度理论；3.在接近三向等在接近三向等拉拉应力状态下，不论是塑性材料还是脆性材应力状态下，不论是塑性材料还是脆性材料，都将发生脆性断裂，应采用第一强度理论；料，都将发生脆性断裂，应采用第一强度理论；4.在接近三向等在接近三向等压压应力状态下，不论是塑性材料还是脆性材料，应力状态下，不论是塑性材料还是脆

11、性材料，都将发生塑性流动破坏，应采用第三或第四强度理论。都将发生塑性流动破坏，应采用第三或第四强度理论。一般原则一般原则:第三十二页，编辑于星期五：十一点 三十二分。总总 结结表表6-26-2第三十三页，编辑于星期五：十一点 三十二分。2.2.组合变形问题的处理方法组合变形问题的处理方法:叠加原理叠加原理（条件:小变形）。将荷载分解简化成与基本变形对应的等效静力荷载。将荷载分解简化成与基本变形对应的等效静力荷载。分别独立计算各种基本变形，然后叠加。分别独立计算各种基本变形，然后叠加。（假设：各个基本变形互不影响）（假设：各个基本变形互不影响）1.1.组合变形：组合变形：在在复复杂杂外外载载作作

12、用用下下，构构件件的的变变形形会会包包含含几几种种简简单单变变形形，当当几几种种变变形形所所对对应应的的应应力力属属同同一一量量级级时时，不不能能忽忽略略之之，这这类类构件的变形称为组合变形。构件的变形称为组合变形。第四节第四节 弯曲和拉压的组合作用弯曲和拉压的组合作用第三十四页，编辑于星期五：十一点 三十二分。Phg g3.3.3.3.实例实例实例实例：第三十五页，编辑于星期五：十一点 三十二分。水坝水坝qPhg g第三十六页，编辑于星期五：十一点 三十二分。拉伸和弯曲：拉伸和弯曲：第三十七页，编辑于星期五：十一点 三十二分。压缩和弯曲：压缩和弯曲：受拉（压）和弯曲组合作用的强度条件受拉（压

13、）和弯曲组合作用的强度条件例例 6-2 6-2，6-36-3第三十八页，编辑于星期五：十一点 三十二分。第五节第五节 圆轴弯曲和扭转的组合圆轴弯曲和扭转的组合第三十九页，编辑于星期五：十一点 三十二分。二向应力状态二向应力状态第四十页，编辑于星期五：十一点 三十二分。塑塑性性材材料料第四十一页，编辑于星期五：十一点 三十二分。例例6-5 卧式离心机转鼓重卧式离心机转鼓重G=2kN，外力偶矩，外力偶矩m=1.2kN.m，=80MPa，分别按第三和第四强度理论设计轴径，分别按第三和第四强度理论设计轴径d。选用选用58mm第四十二页，编辑于星期五：十一点 三十二分。用强度理论解决实际问题步骤：用强度

14、理论解决实际问题步骤：（1）分析外力与变形，分成基本变形；）分析外力与变形，分成基本变形；（2）内内力力与与应应力力，计计算算危危险险点点的的应应力力，画画出出应应力力单单元元体，正应力与剪应力；体，正应力与剪应力；（3）各基本变形应力叠加后确定主应力；）各基本变形应力叠加后确定主应力；（4）根根据据危危险险点点应应力力状状态态及及构构件件材材料料性性质质，用用适适当当强度理论计算相当应力；强度理论计算相当应力；（5）应用强度条件进行强度校核。）应用强度条件进行强度校核。第四十三页，编辑于星期五：十一点 三十二分。作作 业业P97 第37题P98 第38题P96 第35题 （b）（c）第四十四页，编辑于星期五：十一点 三十二分。