材料力学第十章连接强度计算.ppt

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1、第十章第十章第十章第十章连接件的强度计算连接件的强度计算作者:黄孟生10-1 概述概述 工程中几个杆件彼此连接时，起连接工程中几个杆件彼此连接时，起连接作用的部件件称为作用的部件件称为连连(联联)接件接件。FFdFFb铆接铆接键连接：键连接：bFFnmlhl榫接榫接:键键轴轴T轮缘轮缘轮幅轮幅胶接：胶接：焊接：焊接：FF焊接、胶接焊接、胶接.连接件：铆钉（螺栓、销连接件：铆钉（螺栓、销 钉）钉）键；榫接；键；榫接；除杆件整体必须满足强度、刚度和稳定性的要除杆件整体必须满足强度、刚度和稳定性的要求外，连接件本身也应具有足够的强度求外，连接件本身也应具有足够的强度.剪切变形剪切变形可见：作用在连接

2、件两侧面上的一对合力可见：作用在连接件两侧面上的一对合力大小相大小相等、方向相反等、方向相反且且相距很近，相距很近，并使各自作用部分并使各自作用部分沿着与合力作用线之间的截面沿着与合力作用线之间的截面m-m（剪切面）（剪切面）发生相对错动。这种变形称为发生相对错动。这种变形称为剪切变形剪切变形。FFmm连接件的计算方法：连接件的计算方法：实用计算方法：对连接件的破坏形态、应力的分布作实用计算方法：对连接件的破坏形态、应力的分布作一些合理的简化或假设。一些合理的简化或假设。连接件本身不是杆件，连接件本身不是杆件，变形又很复杂。变形又很复杂。实践表明，只要简化得当，有充分的实验依据，其实践表明，只

3、要简化得当，有充分的实验依据，其结果能满足工程要求。结果能满足工程要求。FFmm用实用计算方法计算各种相应的名义应力用实用计算方法计算各种相应的名义应力;用实用计算方法计算与破坏荷载相应的各种名义用实用计算方法计算与破坏荷载相应的各种名义极限应力极限应力.10-2 铆接强度计算铆接强度计算一、简单铆接接头一、简单铆接接头（一）搭接接头（一）搭接接头FFbFFdFFbFFd破坏形式：破坏形式：（1）铆钉沿横截面剪断）铆钉沿横截面剪断剪切破坏剪切破坏；（2）铆钉与板孔壁）铆钉与板孔壁 相互挤压相互挤压 而在铆钉柱表面和板孔而在铆钉柱表面和板孔壁柱面发生显著的塑性变形壁柱面发生显著的塑性变形挤压破坏

4、挤压破坏；（3）板在钉孔位置由于截面削弱而被拉断）板在钉孔位置由于截面削弱而被拉断拉断破坏拉断破坏；1、剪切强度计算、剪切强度计算名义切应力：名义切应力：AS 剪切面面积剪切面面积 (d 2/4)剪切强度条件：剪切强度条件：FFS =FFFS =FFF2、挤压强度计算、挤压强度计算Fbs=F名义挤压应力：名义挤压应力：挤压面积：挤压面积：Abs=d挤压强度条件：挤压强度条件：bs容许挤压应力容许挤压应力.钢材钢材bs=（1.72.0）F bsFbsFF3、拉伸强度计算、拉伸强度计算名义拉应力：名义拉应力：At=（b-d)拉伸强度条件：拉伸强度条件：FFN=F（二）对接接头（二）对接接头AS 剪

5、切面面积。剪切面面积。名义切应力：名义切应力：有两个剪切面有两个剪切面双剪。双剪。F/2F/2FFSFSF/2F/2FSFSF盖板盖板FF1 11 1主板主板一般一般 21名义挤压应力：名义挤压应力：Abs 挤压面面积。挤压面面积。由于由于21，考虑主板的拉伸强度。，考虑主板的拉伸强度。名义拉应力：名义拉应力：At 主板受拉面面积。主板受拉面面积。F/2F/2FFSFSF/2F/2FSFSF盖板盖板FF1 11 1主板主板二、铆钉群接头二、铆钉群接头 如果搭接接头每块板或对接接如果搭接接头每块板或对接接头的每块主板中的铆钉超过一个，头的每块主板中的铆钉超过一个，这种接头就称为这种接头就称为铆钉

6、群接头铆钉群接头。在在 铆钉群接头中，通常各铆钉的直径相同、材料也铆钉群接头中，通常各铆钉的直径相同、材料也相同，并按一定的规律排列。相同，并按一定的规律排列。FFbd（一）外力通过铆钉群中心（一）外力通过铆钉群中心1、搭接接头、搭接接头FF1 11FFFFbd2、对接接头、对接接头 假定外力均匀分配在每个铆钉上，每个铆钉所假定外力均匀分配在每个铆钉上，每个铆钉所受力均相等为受力均相等为F/n。因此，每个铆钉的因此，每个铆钉的名义切应力、名义切应力、名义挤压应力均相等名义挤压应力均相等。拉伸强度计算时，要注意铆钉的实际排列情况拉伸强度计算时，要注意铆钉的实际排列情况。危险截面要综合考虑铆钉孔削

7、弱后的截面面危险截面要综合考虑铆钉孔削弱后的截面面积和轴力大小两个因素。积和轴力大小两个因素。例例1：已知：已知 F=130 kN，b=110 mm,=10 mm,1=7 mm，d=17mm,=120MPa，t =170MPa，bs=300MPa。校核铆接头强度。校核铆接头强度.1 11FFFFbd解：解：F 通过铆钉群中心，故每个通过铆钉群中心，故每个 铆钉受力均等，均为铆钉受力均等，均为F/3。由于对接，铆钉又受双剪。由于对接，铆钉又受双剪。剪切强度为：剪切强度为：铆钉剪切强度足够。铆钉剪切强度足够。F/6F/6F/3FbdF/31221 21 需校核主板（或铆钉）中间段的挤压强度。需校核

8、主板（或铆钉）中间段的挤压强度。挤压强度满足。挤压强度满足。bsF/6F/6F/3主板的拉伸强度为：主板的拉伸强度为：危险截面可能是危险截面可能是1-1、2-2，分别校核为：，分别校核为：主板拉伸强度也满足。主板拉伸强度也满足。2F/30FFbdF/31122（二）外力不通过铆钉群中心（二）外力不通过铆钉群中心 偏心荷载偏心荷载 铆钉群铆钉群 在在F 作用下，铆钉群的分析作用下，铆钉群的分析计算与（一）相同。计算与（一）相同。每个每个铆钉铆钉所受的力为：所受的力为：方向与方向与F 相同。相同。F：FMe=FeCFF1FF2FF3FFeCFMe123 在力偶在力偶Me 作用下，每个作用下，每个铆

9、钉铆钉受力大小受力大小与该铆钉截面形心至铆钉与该铆钉截面形心至铆钉群中心的距离群中心的距离ri 成正比。成正比。FiM 垂直于垂直于ri,方向与力偶方向与力偶Me的转向相同。的转向相同。Cr1r2r3F 1MF 2MF 3MMe在在F与与Me共同作用下，每个共同作用下，每个铆钉铆钉所受的力：所受的力：Cr1r2r3F 1MF 2MF 3MMeCFF1FF2FF3F例例2：已知：已知 D=100 mm,D0=200 mm,轴在扭转时的轴在扭转时的max=70 MPa，螺栓螺栓=60 MPa.求螺栓所需直径求螺栓所需直径 d.AADD0其中其中ri=D0/2，故故Fi 均相等。均相等。解：由题意。

10、这是一个仅承受力偶矩作用的螺栓群接头解：由题意。这是一个仅承受力偶矩作用的螺栓群接头问题。螺栓均为单剪。问题。螺栓均为单剪。AADD0又由轴的最大切应力可得：又由轴的最大切应力可得：名义切应力为名义切应力为:由由10-3 其它连接件和连接的计算其它连接件和连接的计算一、键连接的强度计算一、键连接的强度计算键键轴轴T轮缘轮缘轮幅轮幅FSOlmmTOh/2Odh/2bFmTm1、剪切强度计算、剪切强度计算由力矩平衡：由力矩平衡：名义切应力：名义切应力：容许切应力容许切应力AS=bl 剪切面面积剪切面面积剪切强度条件：剪切强度条件：FsOmmTh/2Odh/2bFmTm2、挤压强度计算、挤压强度计算

11、由平衡由平衡 Fbs=F=FS=2T/d名义挤压应力：名义挤压应力：Abs=hl/2 挤压强度条件：挤压强度条件：挤压面面积。挤压面面积。FsOmmTh/2Odh/2bFmTm二、榫接强度计算二、榫接强度计算1、剪切强度计算、剪切强度计算由平衡由平衡 FS=F名义切应力：名义切应力：AS=bl 剪切强度条件剪切强度条件:剪切面面积剪切面面积nFFqmbFFnmlhl2、挤压强度计算、挤压强度计算由平衡由平衡 Fbs=F名义挤压应力：名义挤压应力：Abs=hb 挤压面面积挤压面面积挤压强度条件：挤压强度条件：FFnqmbFFnmlhl3、拉伸强度计算、拉伸强度计算Mz=F(h+)/)/4名义拉应

12、力：名义拉应力：横截面面积横截面面积bFFnmlhlFN=F，FFnqmFNMz拉伸强度条件拉伸强度条件:例例3：一木屋架榫接节点，斜杆和水平杆均为：一木屋架榫接节点，斜杆和水平杆均为bh=140 180mm2 的矩形截面。的矩形截面。顺顺=1 MPa，bs顺顺=8MPa，bs横横=2.4MPa，F1=50kN，求，求、a。F1F2hh30gnmafF3解：由题意：解：由题意：F2=F1cos30=43.3 kN f-n为顺纹剪切面，为顺纹剪切面，AS=abFS=F2=43.3 kNm-n为挤压面，为挤压面，Abs=bFbs=F2=43.3 kNaF2b顺=310mm由由当挤压面的法线与木纹的

13、夹角为当挤压面的法线与木纹的夹角为。bs=bs顺顺1+-1 sin3 bs顺顺bs横横=6.2MPaF1F2hh30gnmafF3三、梁的连接强度计算三、梁的连接强度计算例例4：两厚木块用螺钉连接而成。如各横截面上的剪力：两厚木块用螺钉连接而成。如各横截面上的剪力为为3kN，求螺钉的间距。已知：，求螺钉的间距。已知：螺钉直径螺钉直径d=4mm，=60MPa,162.587.52005050200zlllIz=113.5106mm4,S*z=20050(87.5-25)=625103mm3。162.587.52005050200zlll解：螺钉主要承受剪力。解：螺钉主要承受剪力。1接触面上的水平切应力：接触面上的水平切应力：1m长度内接触面上的水平剪力为：长度内接触面上的水平剪力为：而每个螺钉能承受的剪力为：而每个螺钉能承受的剪力为：每每1m 长度内所属螺钉数为：长度内所属螺钉数为：螺钉所需间距为：螺钉所需间距为：l=1103/22=45.5 46 mm162.587.52005050200zlll