工程力学弯曲刚度教学文案.ppt
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1、工程力学弯曲刚度 弯曲变形计算的必要性弯曲变形计算的必要性 摇臂钻床的摇摇臂钻床的摇臂或车床的主轴变臂或车床的主轴变形过大,就会影响形过大,就会影响零件的加工精度,零件的加工精度,甚至会出现废品。甚至会出现废品。桥式起重机的横梁变形过大桥式起重机的横梁变形过大,则会使小车行走困则会使小车行走困难,出现爬坡现象。难,出现爬坡现象。但在另外一些情况下,有时却要求构件具有较大但在另外一些情况下,有时却要求构件具有较大的弹性变形,以满足特定的工作需要。的弹性变形,以满足特定的工作需要。例例如如,车车辆辆上上的的板板弹弹簧簧,要要求求有有足足够够大大的的变变形形,以以缓缓解解车车辆辆受受到到的的冲冲击击
2、和和振动作用。振动作用。挠曲线近似微分方程挠曲线近似微分方程挠曲线挠曲线挠曲线挠曲线 挠曲线规定:向上挠度为正,逆时针转角为正规定:向上挠度为正,逆时针转角为正规定:向上挠度为正,逆时针转角为正规定:向上挠度为正,逆时针转角为正挠度挠度挠度挠度y y(f f):横截面形心处的铅垂位移):横截面形心处的铅垂位移):横截面形心处的铅垂位移):横截面形心处的铅垂位移截面转角截面转角截面转角截面转角:横截面绕中性轴转过的角度:横截面绕中性轴转过的角度:横截面绕中性轴转过的角度:横截面绕中性轴转过的角度 挠曲线方程:挠曲线方程:挠曲线方程:挠曲线方程:转角方程:转角方程:转角方程:转角方程:梁的挠曲线近
3、似微分方程曲线曲线曲线曲线 y y=f f(x x)的曲率为的曲率为的曲率为的曲率为梁纯弯曲时中性层的曲率:梁纯弯曲时中性层的曲率:梁纯弯曲时中性层的曲率:梁纯弯曲时中性层的曲率:例题:例题:已知梁的已知梁的已知梁的已知梁的EIEI为常数,今欲使梁的挠曲线为常数,今欲使梁的挠曲线为常数,今欲使梁的挠曲线为常数,今欲使梁的挠曲线在在在在x xl l/3/3处出现一拐点,则比值处出现一拐点,则比值处出现一拐点,则比值处出现一拐点,则比值mm1 1/mm2 2为多少?为多少?为多少?为多少?解:解:由梁的挠曲线近似微分方程由梁的挠曲线近似微分方程由梁的挠曲线近似微分方程由梁的挠曲线近似微分方程知,在
4、梁挠曲线的拐点处有:知,在梁挠曲线的拐点处有:知,在梁挠曲线的拐点处有:知,在梁挠曲线的拐点处有:从弯矩图可以看出:从弯矩图可以看出:从弯矩图可以看出:从弯矩图可以看出:拐点:曲线凹与凸拐点:曲线凹与凸拐点:曲线凹与凸拐点:曲线凹与凸 的分界点的分界点的分界点的分界点式中积分常数式中积分常数式中积分常数式中积分常数C C、D D由边界条件和连续条件确定由边界条件和连续条件确定由边界条件和连续条件确定由边界条件和连续条件确定 积分法求弯曲变形积分求解积分求解积分求解积分求解过程过程过程过程积积积积分法分法分法分法转角方程转角方程挠曲线方程挠曲线方程没有约束无法确定位移没有约束无法确定位移没有约束
5、无法确定位移没有约束无法确定位移 确定确定确定确定积分常数的边界条件积分常数的边界条件积分常数的边界条件积分常数的边界条件连续光滑曲线,铰连续光滑曲线,铰连续光滑曲线,铰连续光滑曲线,铰支座作用截面处支座作用截面处支座作用截面处支座作用截面处连续光滑曲线,连续光滑曲线,连续光滑曲线,连续光滑曲线,固定端支座处固定端支座处固定端支座处固定端支座处光滑连续条件:光滑连续条件:光滑连续条件:光滑连续条件:P PC例题例题 求求求求:梁梁梁梁的的的的弯弯弯弯曲曲曲曲挠挠挠挠度度度度与与与与转转转转角角角角方方方方程程程程,以以以以及及及及最最最最大大大大挠度和最大转角。挠度和最大转角。挠度和最大转角。
6、挠度和最大转角。已已已已知知知知:左左左左端端端端固固固固定定定定、右右右右端端端端自自自自由由由由的的的的悬悬悬悬臂臂臂臂梁梁梁梁承承承承受受受受均均均均布布布布载载载载荷荷荷荷。均均均均布布布布载载载载荷荷荷荷集集集集度度度度为为为为q q ,梁梁梁梁的的的的弯弯弯弯曲曲曲曲刚刚刚刚度度度度为为为为EI EI、长度为、长度为、长度为、长度为l l。q q、EI EI、l l均已知。均已知。均已知。均已知。解:解:建立建立建立建立OxwOxw坐标系坐标系坐标系坐标系O Ox xw w建立梁的弯矩方程建立梁的弯矩方程建立梁的弯矩方程建立梁的弯矩方程xMM(x x)Q Q(x x)将上述弯矩方程
7、代入小挠度微分方程,得将上述弯矩方程代入小挠度微分方程,得将上述弯矩方程代入小挠度微分方程,得将上述弯矩方程代入小挠度微分方程,得 积分后,得到积分后,得到积分后,得到积分后,得到 固定端处的约束条件为:固定端处的约束条件为:固定端处的约束条件为:固定端处的约束条件为:代入上两式,可得:代入上两式,可得:代入上两式,可得:代入上两式,可得:故而,最终的挠度与转角方程写为:故而,最终的挠度与转角方程写为:故而,最终的挠度与转角方程写为:故而,最终的挠度与转角方程写为:从挠度曲线可以看出,在悬臂梁自由端处,挠度从挠度曲线可以看出,在悬臂梁自由端处,挠度从挠度曲线可以看出,在悬臂梁自由端处,挠度从挠
8、度曲线可以看出,在悬臂梁自由端处,挠度和转角均为最大值。和转角均为最大值。和转角均为最大值。和转角均为最大值。求:加力点求:加力点求:加力点求:加力点B B的挠度和支承的挠度和支承的挠度和支承的挠度和支承A A、C C处的转角。处的转角。处的转角。处的转角。已知:简支梁受力如图所示。已知:简支梁受力如图所示。已知:简支梁受力如图所示。已知:简支梁受力如图所示。F FP P、EIEI、l l均为已知。均为已知。均为已知。均为已知。例题例题解:解:确定梁约束力确定梁约束力确定梁约束力确定梁约束力 分为分为分为分为ABAB和和和和BCBC两段两段两段两段建立弯矩方程建立弯矩方程建立弯矩方程建立弯矩方
9、程ABAB段段段段 BCBC段段段段 小挠度微分方程:小挠度微分方程:小挠度微分方程:小挠度微分方程:积分得积分得积分得积分得 其中,其中,其中,其中,C C1 1、D D1 1、C C2 2、D D2 2为积分常数为积分常数为积分常数为积分常数 在支座在支座在支座在支座A A、C C两处挠度应为零,即两处挠度应为零,即两处挠度应为零,即两处挠度应为零,即x x0 0,w w1 10;0;x xl l,w w2 20 0 ABAB段与段与段与段与BCBC段梁交界处的挠度和转角必须分别相等,即段梁交界处的挠度和转角必须分别相等,即段梁交界处的挠度和转角必须分别相等,即段梁交界处的挠度和转角必须分
10、别相等,即 x xl l/4/4,w w1 1w w2 2;x xl l/4/4,1 1 1 1=2 2 共有四个边界条件,可解出四个共有四个边界条件,可解出四个共有四个边界条件,可解出四个共有四个边界条件,可解出四个待定系数待定系数待定系数待定系数D1D2=0梁的转角和挠度方程为:梁的转角和挠度方程为:梁的转角和挠度方程为:梁的转角和挠度方程为:ABAB段段段段 BCBC段段段段 可以算得加力点可以算得加力点可以算得加力点可以算得加力点B B处的挠度和支承处处的挠度和支承处处的挠度和支承处处的挠度和支承处A A和和和和C C的转角分别为的转角分别为的转角分别为的转角分别为 例题例题:已知梁的
11、抗弯刚度为已知梁的抗弯刚度为已知梁的抗弯刚度为已知梁的抗弯刚度为EIEI。试求图示简支梁在。试求图示简支梁在。试求图示简支梁在。试求图示简支梁在均布载荷均布载荷均布载荷均布载荷q q作用下的转角方程、挠曲线方程,并确定作用下的转角方程、挠曲线方程,并确定作用下的转角方程、挠曲线方程,并确定作用下的转角方程、挠曲线方程,并确定 maxmax和和和和y ymaxmax。解:解:解:解:由边界条件:由边界条件:由边界条件:由边界条件:得:得:得:得:梁的转角方程和挠曲线方程分别为:梁的转角方程和挠曲线方程分别为:梁的转角方程和挠曲线方程分别为:梁的转角方程和挠曲线方程分别为:最大转角和最大挠度分别为
12、:最大转角和最大挠度分别为:最大转角和最大挠度分别为:最大转角和最大挠度分别为:A B截面转角和挠度极截面转角和挠度极值的判定方法?值的判定方法?例题例题:已知梁的抗弯刚度为已知梁的抗弯刚度为已知梁的抗弯刚度为已知梁的抗弯刚度为EIEI。试求图示简支梁。试求图示简支梁。试求图示简支梁。试求图示简支梁的转角方程、挠曲线方程,并确定的转角方程、挠曲线方程,并确定的转角方程、挠曲线方程,并确定的转角方程、挠曲线方程,并确定 maxmax和和和和y ymaxmax。解:解:由对称性,只考虑半跨梁由对称性,只考虑半跨梁由对称性,只考虑半跨梁由对称性,只考虑半跨梁ACDACD由连续条件由连续条件由连续条件
13、由连续条件:由边界条件:由边界条件:由边界条件:由边界条件:由对称条件:由对称条件:由对称条件:由对称条件:梁的转角方程和挠曲线方程分别为:梁的转角方程和挠曲线方程分别为:梁的转角方程和挠曲线方程分别为:梁的转角方程和挠曲线方程分别为:最大转角和最大挠度分别为:最大转角和最大挠度分别为:最大转角和最大挠度分别为:最大转角和最大挠度分别为:例题例题:图示变截面梁悬臂梁,试用积分法求图示变截面梁悬臂梁,试用积分法求图示变截面梁悬臂梁,试用积分法求图示变截面梁悬臂梁,试用积分法求A A端的挠度端的挠度端的挠度端的挠度解:解:ABP P2IICACAC段段段段xCBCB段段段段由边界条件:由边界条件:
14、由边界条件:由边界条件:由连续条件:由连续条件:由连续条件:由连续条件:得:得:得:得:ACAC段挠度方程为:段挠度方程为:段挠度方程为:段挠度方程为:令令令令得得得得()确定约束力确定约束力确定约束力确定约束力,判断是否需要分段以及分几段判断是否需要分段以及分几段判断是否需要分段以及分几段判断是否需要分段以及分几段 分段建立挠度微分方程分段建立挠度微分方程分段建立挠度微分方程分段建立挠度微分方程 微分方程的积分微分方程的积分微分方程的积分微分方程的积分 利用约束条件和连续条件确定积分常数利用约束条件和连续条件确定积分常数利用约束条件和连续条件确定积分常数利用约束条件和连续条件确定积分常数 确
15、定确定确定确定挠度与转角方程以及指定截面的挠度与转角挠度与转角方程以及指定截面的挠度与转角挠度与转角方程以及指定截面的挠度与转角挠度与转角方程以及指定截面的挠度与转角积分法小结 分段写出弯矩方程分段写出弯矩方程分段写出弯矩方程分段写出弯矩方程 叠加法确定梁的挠度与转角叠加法确定梁的挠度与转角 在在在在材材材材料料料料服服服服从从从从胡胡胡胡克克克克定定定定律律律律、且且且且变变变变形形形形很很很很小小小小的的的的前前前前提下,载荷与它所引起的变形呈线性关系。提下,载荷与它所引起的变形呈线性关系。提下,载荷与它所引起的变形呈线性关系。提下,载荷与它所引起的变形呈线性关系。当当当当梁梁梁梁上上上上
16、同同同同时时时时作作作作用用用用几几几几个个个个载载载载荷荷荷荷时时时时,各各各各个个个个载载载载荷荷荷荷所所所所引引引引起起起起的的的的变变变变形形形形是是是是各各各各自自自自独独独独立立立立的的的的,互互互互不不不不影影影影响响响响。若若若若计计计计算算算算几几几几个个个个载载载载荷荷荷荷共共共共同同同同作作作作用用用用下下下下在在在在某某某某截截截截面面面面上上上上引引引引起起起起的的的的变变变变形形形形,则则则则可可可可分分分分别别别别计计计计算算算算各各各各个个个个载载载载荷荷荷荷单单单单独独独独作作作作用用用用下下下下的的的的变形,然后叠加。变形,然后叠加。变形,然后叠加。变形,然
17、后叠加。当当当当梁梁梁梁上上上上受受受受有有有有几几几几种种种种不不不不同同同同的的的的载载载载荷荷荷荷作作作作用用用用时时时时,都都都都可可可可以以以以将将将将其其其其分分分分解解解解为为为为各各各各种种种种载载载载荷荷荷荷单单单单独独独独作作作作用用用用的的的的情情情情形形形形,由由由由挠挠挠挠度度度度表表表表查查查查得得得得这这这这些些些些情情情情形形形形下下下下的的的的挠挠挠挠度度度度和和和和转转转转角角角角,再再再再将将将将所所所所得得得得结结结结果果果果叠叠叠叠加加加加后后后后,便便便便得得得得到到到到几几几几种种种种载载载载荷荷荷荷同同同同时时时时作作作作用的结果。用的结果。用的
18、结果。用的结果。叠加法主要针对多个载荷同时作用时的载叠加法主要针对多个载荷同时作用时的载叠加法主要针对多个载荷同时作用时的载叠加法主要针对多个载荷同时作用时的载荷叠加,但在一般的分析过程中,也会碰到结荷叠加,但在一般的分析过程中,也会碰到结荷叠加,但在一般的分析过程中,也会碰到结荷叠加,但在一般的分析过程中,也会碰到结构变形的叠加问题!构变形的叠加问题!构变形的叠加问题!构变形的叠加问题!例题:例题:例题:例题:用叠加法求用叠加法求用叠加法求用叠加法求f fc c、A A、B Bq qP PmmA AB BC Cl/2l/2mml/2 l l/2/2q ql/2 l l/2/2C CP Pl/
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