建筑力学05brjr.pptx
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1、5 5.1 1 扭转的概念及外力偶矩的计算扭转的概念及外力偶矩的计算第第5 5章章 扭扭 转转扭转的概念扭转的概念 轴轴是以是以扭转扭转(TorsionTorsion)变形变形(DeformationDeformation)为主要变形为主要变形的直杆的直杆作用于垂直杆轴平面内的力偶使杆引起的变形,作用于垂直杆轴平面内的力偶使杆引起的变形,称称扭转变形扭转变形。变形后杆件各横截面之间绕杆轴线相对转动了变形后杆件各横截面之间绕杆轴线相对转动了一个角度,称为一个角度,称为扭转角扭转角,用用 表示。表示。0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4
2、 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 外力偶矩的计算外力偶矩的计算 已知轴所传递的功率和轴的转速。导出外已知轴所传递的功率和轴的转速。导出外力偶矩、功率和转速之间的关系为:力偶矩、功率和转速之间的关系为:式中式中 :m-m-作用在轴上的外力偶矩,单位为作用在轴上的外力偶矩,单位为NmNm N-N-轴传递的功率,单位为轴传递的功率,单位为KWK
3、W n-n-轴的转速,单位为轴的转速,单位为r/minr/min。第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 5 5.2 2 圆轴扭转时横截面上的内力及扭矩图圆轴扭转时横截面上的内力及扭矩图5.2.1 5.2.1 扭矩扭矩平衡
4、条件平衡条件 内力偶矩内力偶矩T T称称为为扭矩扭矩(Torsional momentTorsional moment)扭矩的单位:扭矩的单位:或或第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 扭矩的正负号规定为:扭矩的正负号规
5、定为:自截面的外法线向截面看,逆时针转向为正,自截面的外法线向截面看,逆时针转向为正,顺时针转向为负顺时针转向为负。第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 扭矩图扭矩图常用与轴线平行的常用与轴线平行的x x坐标表示横截面的
6、位置,坐标表示横截面的位置,以与之垂直的坐标表示相应横截面的扭矩,以与之垂直的坐标表示相应横截面的扭矩,把计算结果按比例绘在图上,正值扭矩画把计算结果按比例绘在图上,正值扭矩画在在x x轴上方,负值扭矩画在轴上方,负值扭矩画在x x轴下方。这种图轴下方。这种图形称为形称为扭矩图扭矩图。A A轮为主动轮,输入功率轮为主动轮,输入功率 ,B B、CC、D D为从动轮,输出功率分别为为从动轮,输出功率分别为试求各段扭矩。试求各段扭矩。例题例题5.15.1 图示传动轴,转速图示传动轴,转速第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面
7、力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 解:解:1 1、计算外力偶矩、计算外力偶矩第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合
8、变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 T T2 2、T T3 3为负值说明实际方向与假设的相反。为负值说明实际方向与假设的相反。2 2、分段计算扭矩,分别为、分段计算扭矩,分别为(图(图c c)(图(图d d)(图(图e e)3 3、作扭矩图、作扭矩图第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应
9、力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思
10、考 返回返回 1 1、变形几何关系、变形几何关系5 5.3 3 等直圆轴扭转时横截面上的切应力等直圆轴扭转时横截面上的切应力5.3.1 5.3.1 实心圆轴横截面上的应力实心圆轴横截面上的应力 变形后,圆轴上所有的横截面均保持为平面,变形后,圆轴上所有的横截面均保持为平面,即平面假设即平面假设;横截面上的半径仍保持为直线;横截面上的半径仍保持为直线;各横截面的间距保持不变。各横截面的间距保持不变。第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静
11、定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 2 2、物理关系、物理关系第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配
12、法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 3 3、静力学关系、静力学关系 称截面的极惯性矩称截面的极惯性矩 得到圆轴扭转横截面上得到圆轴扭转横截面上任意点任意点切应力公式切应力公式第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思
13、考思考 返回返回 当 时,表示圆截面边缘处的切应力最大 它是与截面形状和尺寸有关的量。它是与截面形状和尺寸有关的量。式中式中 称为称为抗扭截面系数。抗扭截面系数。5.3.2 5.3.2 极惯性矩和抗扭截面系数极惯性矩和抗扭截面系数实心圆截面的极惯性矩:实心圆截面的极惯性矩:第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法13
14、13位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 抗扭截面系数为:抗扭截面系数为:空心圆极惯性矩轴:空心圆极惯性矩轴:式中式中为空心圆轴内外径之比。为空心圆轴内外径之比。空心圆的抗扭截面系数空心圆的抗扭截面系数第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及
15、力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 极惯性矩极惯性矩的量纲是长度的四次方,的量纲是长度的四次方,常用的单位为常用的单位为mmmm4 4抗扭截面系数抗扭截面系数的量纲是长度的三次方,的量纲是长度的三次方,常用单位为常用单位为mmmm3 3第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313
16、位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 工程上要求圆轴扭转时的最大切应力不得工程上要求圆轴扭转时的最大切应力不得超过材料的许用切应力超过材料的许用切应力,即5 5.4 4 等直圆轴扭转时的强度计算等直圆轴扭转时的强度计算5 5.4.1 4.1 圆轴扭转强度条件圆轴扭转强度条件上式称为圆轴扭转强度条件。上式称为圆轴扭转强度条件。塑性材料塑性材料 脆性材料脆性材料 试验表明,材料扭转许用切应力试验表明,材料扭转许用切应力第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉
17、压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 例题例题5.25.2 汽车的主传动轴,由汽车的主传动轴,由4545号钢的无缝钢管号钢的无缝钢管制成,制成,外径外径 ,壁厚,壁厚工作时的最大扭矩工作时的最大扭矩 ,若材料的许用切应力若材料的许用切应力 ,试校核该轴的强度。试校核该轴的强度。解:解:1 1、计算抗扭截面系数、计算抗扭截面系数 主传动轴的内外径之比主
18、传动轴的内外径之比第第5 5章章 扭扭 转转抗扭截面系数为抗扭截面系数为0 0 绪论绪论1 1 力学基础力学基础2 2 力矩与力偶力矩与力偶3 3 平面力系平面力系4 4 轴向拉压轴向拉压5 5 扭转扭转6 6 几何组成几何组成7 7 静定结构静定结构8 8 梁弯曲应力梁弯曲应力9 9 组合变形组合变形1010压杆稳定压杆稳定1111位移计算位移计算1212力法力法1313位移法及力位移法及力矩分配法矩分配法1414影响线影响线 练习练习 思考思考 返回返回 2 2、计算轴的最大切应力、计算轴的最大切应力3 3、强度校核、强度校核主传动轴安全主传动轴安全 第第5 5章章 扭扭 转转0 0 绪论
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