材料力学--刘鸿文-第四版-第六章-课件--弯曲变形.ppt
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- 材料力学 刘鸿文 第四 第六 课件 _ 弯曲 变形
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1、弯弯 曲曲 变变 形形第第 六章六章 挠曲线近似微分方程挠曲线近似微分方程 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形 提高梁刚度的一些措施提高梁刚度的一些措施 简单超静定梁简单超静定梁概述概述 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录目录一,基本概念一,基本概念1,取梁的左端点为坐标原点,梁变形前的轴线为,取梁的左端点为坐标原点,梁变形前的轴线为 x 轴轴 ,横截面的铅垂对称轴为横截面的铅垂对称轴为 y 轴轴 , x y 平面为纵向对称平面平面为纵向对称平面 6. 1 弯曲变形的概念弯曲变形的概念B x yA y xAB(1)挠度挠度(): 横截面形心横截面形心 C ( 即轴线上的点即轴线上的点
2、) 在垂直于在垂直于 x 轴轴 方向的线位移,称为该截面的挠度。方向的线位移,称为该截面的挠度。挠度挠度2,度量梁变形后横截面位移的两个基本量,度量梁变形后横截面位移的两个基本量CC y xAB挠度挠度CC转角转角 (2)转角转角( ) :横截面对其原来位置的角位移横截面对其原来位置的角位移 , 称为该称为该 截面的转角。截面的转角。 y xAB挠度挠度CC转角转角 挠曲线挠曲线二,挠曲线二,挠曲线 :梁变形后的轴线:梁变形后的轴线 称为挠曲线称为挠曲线 。 y xAB挠度挠度CC转角转角 挠曲线挠曲线挠曲线方程为挠曲线方程为)(xf 式中式中 ,x 为梁变形前轴线上任一点的横坐标为梁变形前轴
3、线上任一点的横坐标 , 为该点的挠度。为该点的挠度。 y xAB挠度挠度CC转角转角 挠曲线挠曲线)(xf )( xftg 三,挠度与转角的关系:三,挠度与转角的关系: y xAB挠度挠度CC转角转角 挠曲线挠曲线)(xf 四,挠度和转角符号的规定四,挠度和转角符号的规定挠度:向上为正,向下为负。挠度:向上为正,向下为负。转角:转角:自自 x 转至转至 切线方向切线方向,逆时针转为正,顺时针转为负。逆时针转为正,顺时针转为负。6.2 挠曲线近似微分方程挠曲线近似微分方程 EIM 1 )()(1EIxMx 一,推导公式一,推导公式纯弯曲时纯弯曲时曲率曲率与弯矩的关系为与弯矩的关系为横力弯曲时(横
4、力弯曲时( 略去剪力对梁的位移的影响略去剪力对梁的位移的影响 )M 和和 都是都是 x 的函数的函数232)1 (| |)(1 x由几何关系知由几何关系知, 平面曲线的曲率可写作平面曲线的曲率可写作 )(EIxM 232)1 (| | )()(1EIxMx oxoxyyMMMM0 M 0M00 在规定的坐标系中在规定的坐标系中,x 轴水平向右轴水平向右为正,为正,y 轴竖直向上为正。轴竖直向上为正。“ 0 , M 0 , M 0因此因此, M 与与 的正负号相同的正负号相同EIxM)()1 (| |232 曲线向下凸曲线向下凸 时时 :曲线向上凸曲线向上凸 时时 :EIxM)()1 (232
5、EIxM)( 此式称为此式称为 近似原因近似原因 : (1) 略去了剪力的影响略去了剪力的影响 ; (2) 略去了略去了 2 项。项。 2与与 1 相比十分微小而可以忽略不计相比十分微小而可以忽略不计, 故上式可近似为故上式可近似为再积分一次再积分一次, 得挠度方程得挠度方程上式积分一次得转角方程上式积分一次得转角方程若为等截面直梁若为等截面直梁, 其抗弯刚度其抗弯刚度 EI 为一常量上式可改写成为一常量上式可改写成)( xMEI 1CdxxMEIEI )( 21)(CxCdxdxxMEI 6.3 6.3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形挠度方程:挠度方程:转角方程:转角方程:1)(Cdx
6、xMEI 21)(CxCdxdxxMEI 式中:积分常数式中:积分常数 C1 、C2 可通过梁挠曲线的可通过梁挠曲线的 边界条件边界条件 和和变形变形 连续性条件连续性条件 来确定。来确定。ABAB在铰支座处,挠度在铰支座处,挠度A 和和 B 都应都应等于零。等于零。在固定端处,挠度在固定端处,挠度 和转角和转角 A 都应等于零。都应等于零。边界条件边界条件A= 0B = 0A= 0 A= 0连续性条件连续性条件ABAB 在挠曲线的任一点上,有唯一的在挠曲线的任一点上,有唯一的挠度和转角。挠度和转角。例题例题:确定梁的边界条件和连续条件:确定梁的边界条件和连续条件边界条件边界条件0 A00 D
7、D,ABCDABCD连续条件连续条件 右左BB 右左右左CCCC,)(xMEI 例题例题 : 图示一抗弯刚度为图示一抗弯刚度为 EI 的悬臂梁的悬臂梁, 在自由端受一集中力在自由端受一集中力P 作用。试求梁的挠曲线方程和转角方程作用。试求梁的挠曲线方程和转角方程, 并确定其最大挠度并确定其最大挠度 max 和最大转角和最大转角 max . ABP Pl(1) )()(xlPxM 解:弯矩方程为解:弯矩方程为挠曲线的近似微分方程为挠曲线的近似微分方程为(2) )(PxPlxMEI x)( xMEI ABP PlxABP Pl PxPlEI (3) 212CPxPlxEI )4(622132CxC
8、PxPlxEI 对挠曲线近似微分方程进行积分对挠曲线近似微分方程进行积分xABP Pl(3) 212CPxPlxEI )4(622132CxCPxPlxEI 0,00,0 xx边界条件为边界条件为 :C1= 0 C2= 0将边界条件代入将边界条件代入(3)(4)(3)(4)两式中两式中, ,可得可得xABP PlEIPxEIPlx6232 EIPxEIPlx22 转角方程和挠曲线方程分别为转角方程和挠曲线方程分别为lABxyP P max max 及及 maxmax 都发生在自由端截面处都发生在自由端截面处 maxEIPlEIPlEIPllx22|222max( )max( )EIPllx3|
9、3max EIPxEIPlx6232 EIPxEIPlx22 例题例题: 图示一抗弯刚度为图示一抗弯刚度为 EI 的简支梁的简支梁, 在全梁上受集度为在全梁上受集度为q 的均布荷载作用。试求此梁的挠曲线方程和转角方程的均布荷载作用。试求此梁的挠曲线方程和转角方程, 并确定其最大挠度并确定其最大挠度 max 和最大转角和最大转角 max .lABq2qlRRBA解解: 由对称性可知,梁的两个支反力为由对称性可知,梁的两个支反力为lABqRARBlABqRARB梁的梁的 弯矩方程弯矩方程 及及 挠曲线微分方程挠曲线微分方程 分别为分别为 221222)()(xlxqqxxqlxM x )(2)(
10、2xlxqxMEI lABqRARBx)(2)(2xlxqxMEI (c)CxlxqEI132)32(2 (d)CxCxlxqEI2143)126(2 lABqRARBxCxlxqEI132)32(2 CxCxlxqEI2143)126(2 边界条件为边界条件为 :,0 x0 , lx 0 将边界条件代入将边界条件代入 两式得两式得02 C2431qlC 梁的转角方程和挠梁的转角方程和挠度度方程分别为方程分别为)2(24)46(24323323xlxlEIqxxlxlEIq lABqRARB AB在在 x = 0 和和 x = l 处转角的绝对值相等且都是最大值,处转角的绝对值相等且都是最大值
11、, maxABEIql243B)2(24)46(24323323xlxlEIqxxlxlEIq lABqRARB)2(24)46(24323323xlxlEIqxxlxlEIq maxEIqlflx384542max 在梁跨在梁跨中点中点 l /2 处处有有 最大挠度最大挠度值值例题例题 : 图示一抗弯刚度为图示一抗弯刚度为 EI 的简支梁的简支梁, 在在 D点处受一集中点处受一集中力力 P 的作用。试求此梁的挠曲线方程和转角方程,并求其最大的作用。试求此梁的挠曲线方程和转角方程,并求其最大挠度和最大转角。挠度和最大转角。ABPDabllbPRAlaPRB解解: 梁的两个支反力为梁的两个支反力
12、为12ABPDablRARB12ABPDablRARB)0(1axxlbPxRMA两段梁的弯矩方程分别为两段梁的弯矩方程分别为)()(2lxaaxPxlbPMxx两段梁的挠曲线方程分别为两段梁的挠曲线方程分别为xlbPMEI 11 CxlbPEI1212 DxCxlbPEI11316 )(axPxlbPEI 2CaxPxlbPEI22222)(2 DxCaxPxlbPEI223326)(6 12挠曲线方程挠曲线方程转角方程转角方程挠度方程挠度方程( 0 x a)( a x l )D点的连续条件:点的连续条件:x = a21 21 梁的边界条件梁的边界条件x = 0 ; 1= 0ABPDabl1
13、2RARBx = l ; 2= 0两段梁的挠曲线方程分别为两段梁的挠曲线方程分别为xlbPMEI 11 CxlbPEI1212 DxCxlbPEI11316 )(22axPxlbPEIy CaxPxlbPEI22222)(2 DxCaxPxlbPEI223326)(6 12挠曲线方程挠曲线方程转角方程转角方程挠度方程挠度方程( 0 x a)( a x l )将将代入方程可解得代入方程可解得:DD21 CC21 x = a21 21 两段梁的挠曲线方程分别为两段梁的挠曲线方程分别为xlbPMEI 11 CxlbPEI1212 DxCxlbPEI11316 )(22axPxlbPEIy CaxPx
14、lbPEI22222)(2 DxCaxPxlbPEI223326)(6 12挠曲线方程挠曲线方程转角方程转角方程挠度方程挠度方程( 0 x a)( a x l )将将代入方程可解得代入方程可解得:021 DD)(62221lblPbCC )3(622211lbxlEIPb xlbxlEIPbx)(62212 )()(blxaxbllEIPb222222312 xblxaxbllEIPb)()(622332 ACCBABPDl12RARB)3(622211lbxlEIPb xlbxlEIPbx)(62212 )()(blxaxbllEIPb222222312 xblxaxbllEIPb)()(6
15、22332 ACCBlEIblPabxA601)(| 将将 x = 0 和和 x = l 分别代入转角方程左右两支座处截面的转角分别代入转角方程左右两支座处截面的转角lEIalPablxB62)(| lEIblPabxA601)(| lEIalPabB6)(max 当当 a b 时时, 右支座处截面的转角绝对值为最大右支座处截面的转角绝对值为最大lEIalPablxB62)(| 简支梁的最大挠度处应简支梁的最大挠度处应0 lEIblPabxA601)(| ABPDl12RARB端截面端截面 A 的转角为负。的转角为负。alEIbaPabaxD31)(| )3(622211lbxlEIPb 当当
16、 a b 时为时为 正。正。1段段ABPDl12RARBa挠曲线为光滑曲线。且从挠曲线为光滑曲线。且从 A 截面到截面到 D 截面,转角由负变为正,截面,转角由负变为正,改变了符号。改变了符号。所以所以 的截面必在的截面必在 AD 段内。段内。既在既在 AD 段内,挠度有极值段内,挠度有极值3221blx 01 0362221 lbxlEIPb xbllEIPbx22126 x1为挠度最大截面的横坐标。为挠度最大截面的横坐标。322391)(maxbllEIPb|xx )(224348blEIPbC 梁中点梁中点 C 处的挠度为处的挠度为ABPDl12RARBaC xbllEIPbx22126
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