轴向拉压杆及受扭杆的内力计算课件.ppt
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- 轴向 拉压杆 受扭杆 内力 计算 课件
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1、第二篇第二篇 杆件的强度杆件的强度刚度和稳定性刚度和稳定性 在建筑物中承受并传递荷载而起骨架作用的部分,结构。在建筑物中承受并传递荷载而起骨架作用的部分,结构。 组成结构的单个物组成结构的单个物体称为构件例如梁、板、体称为构件例如梁、板、墙、柱、基础等都是常墙、柱、基础等都是常见的构件见的构件 。引 言构件构件设计构件时,必须做到设计构件时,必须做到: : 有足够的抵抗破坏的能力,使构有足够的抵抗破坏的能力,使构件在载荷作用下能安全工作。件在载荷作用下能安全工作。 有足够的抵抗变形的能力,使构有足够的抵抗变形的能力,使构件在载荷作用下产生的变形在工程允件在载荷作用下产生的变形在工程允许范围内。
2、许范围内。(2 2)足够的刚度:)足够的刚度:(1)(1)足够的强度:足够的强度:强度:构件抵抗破强度:构件抵抗破坏的能力坏的能力刚度:构件抵抗刚度:构件抵抗变形的能力变形的能力引 言(3 3)足够的稳定性:)足够的稳定性: 构件在载荷作用下能保持原有构件在载荷作用下能保持原有形状下的平衡形状下的平衡 。稳定性:构件保稳定性:构件保持原有形状下平持原有形状下平衡的能力衡的能力引 言 学习本篇的任务学习本篇的任务是:通过研究构件在荷是:通过研究构件在荷载作用下所产生的内力、应力、变形等,建载作用下所产生的内力、应力、变形等,建立强度、刚度、稳定性条件,为既安全又经立强度、刚度、稳定性条件,为既安
3、全又经济地设计构件提供一定的原理和计算方法。济地设计构件提供一定的原理和计算方法。引 言轴向拉伸与压缩轴向拉伸与压缩剪切剪切引 言扭转扭转平面弯曲平面弯曲引 言 屋架结构的简化屋架结构的简化第一节第一节 轴向拉伸和压缩的概念轴向拉伸和压缩的概念 工程中有很多构件,例如屋架中的杆,是等直杆,工程中有很多构件,例如屋架中的杆,是等直杆,作用于杆上的外力的合力的作用线与杆的轴线重合作用于杆上的外力的合力的作用线与杆的轴线重合。在。在这种受力情况下,杆的主要变形形式是这种受力情况下,杆的主要变形形式是轴向伸长或缩短轴向伸长或缩短。轴向拉伸和压缩 两个两个F FP P力指向端截面,使杆发生纵向收缩,称为
4、力指向端截面,使杆发生纵向收缩,称为轴向压力。轴向压力。FPFPFPFP 在杆的两端各受一集中力在杆的两端各受一集中力F FP P作用,两个作用,两个F FP P力大小相力大小相等,指向相反,且作用线与杆轴线重合等,指向相反,且作用线与杆轴线重合 两个两个F FP P力背离端截面,使杆发生纵向伸长,称为力背离端截面,使杆发生纵向伸长,称为轴向拉力轴向拉力。轴向拉伸和压缩第二节第二节 轴向拉(压)杆的内力轴向拉(压)杆的内力 所谓内力,从广义上讲,是指杆件内部各质点之间的相所谓内力,从广义上讲,是指杆件内部各质点之间的相互作用力。显然,在无荷载时,这种力是自然存在的,但一互作用力。显然,在无荷载
5、时,这种力是自然存在的,但一旦有外部荷载存在,杆件内部质点之间的旦有外部荷载存在,杆件内部质点之间的相对位置就要相对位置就要发生发生改变,改变,这种由于荷载作用而引起的受力构件内部之间相互作这种由于荷载作用而引起的受力构件内部之间相互作用力的改变量用力的改变量称为附加内力。称为附加内力。 建筑力学中研究的是这种附加内力,以后简称内力。建筑力学中研究的是这种附加内力,以后简称内力。轴向拉伸和压缩 构件中的内力随着变形的增加而增加大,但对于确定构件中的内力随着变形的增加而增加大,但对于确定的材料,内力的增加有一定的限度,超过这一限度,构件的材料,内力的增加有一定的限度,超过这一限度,构件将发生破坏
6、。将发生破坏。 因此,内力与构件的强度和刚度都有密切的联系。在因此,内力与构件的强度和刚度都有密切的联系。在研究构件的强度、刚度等问题时,必须知道构件在外力作研究构件的强度、刚度等问题时,必须知道构件在外力作用下某截面上的内力值。用下某截面上的内力值。 轴向拉伸和压缩 内力的计算是分析构件强度、刚度、稳定性等问题的内力的计算是分析构件强度、刚度、稳定性等问题的基础。求内力的一般方法是截面法。基础。求内力的一般方法是截面法。 截面法的基本步骤:截面法的基本步骤: (1 1)截开)截开:在所求内力的截面处,假想地用截面将杆件:在所求内力的截面处,假想地用截面将杆件一分为二。一分为二。 (2 2)代
7、替)代替:任取一部分,其弃去部分对留下部分的作用,任取一部分,其弃去部分对留下部分的作用,用作用在截开面上相应的内力(力或力偶)代替。用作用在截开面上相应的内力(力或力偶)代替。 (3 3)平衡:)平衡:对留下的部分建立平衡方程,根据其上的已对留下的部分建立平衡方程,根据其上的已知外力来计算杆在截开面上的未知内力。知外力来计算杆在截开面上的未知内力。轴向拉伸和压缩截开:截开:FPFPmmFNFPmmxFNFPmm由平衡方程由平衡方程 Fx=0, FN-FP=0 得得 FN=FP()截开()截开()代替()代替()列平衡方程()列平衡方程轴向拉伸和压缩 轴向拉(压)杆的内力是一个作用线与杆件轴线
8、重合轴向拉(压)杆的内力是一个作用线与杆件轴线重合的力,习惯上把与杆件轴线相重合的内力称为轴力。并用的力,习惯上把与杆件轴线相重合的内力称为轴力。并用符号符号FN表示。表示。 轴力的正负规定轴力的正负规定: : FN与外法线同向与外法线同向,为正轴力为正轴力(拉力拉力)FN与外法线反向与外法线反向,为负轴力为负轴力(压力压力)FNFNFNFN轴向拉伸和压缩 在计算杆件内力时,将杆截开之前,不能在计算杆件内力时,将杆截开之前,不能用合力来代替力系的作用,也不能使用力的可用合力来代替力系的作用,也不能使用力的可传性原理以及力偶的可移性原理。因为使用这传性原理以及力偶的可移性原理。因为使用这些方法会
9、改变杆件各部分的内力及变形。些方法会改变杆件各部分的内力及变形。轴向拉伸和压缩120kN20kN30kNABCD12233Fx= 0 FN1 + 20 = 0FN1= -20kN 于于1-11-1截面处截面处将杆截开,取右将杆截开,取右段为分离体,设段为分离体,设轴力轴力 为正值。为正值。则则例例1 1 试求等直杆指定截面的轴力。试求等直杆指定截面的轴力。FN120kND轴向拉伸和压缩20kN20kNFN2DC于于2-22-2截面截面处将杆截开,处将杆截开,取右段为分离取右段为分离体,设轴力为体,设轴力为正值。则正值。则120kN20kN30kNABCD12233Fx= 0 -FN2 +20-
10、 20 = 0FN2= 0 轴向拉伸和压缩FN320kN20kN30kNDCB 于于3-33-3截面截面处将杆截开,处将杆截开,取右段为分离取右段为分离体,设轴力为体,设轴力为正值。则正值。则120kN20kN30kNABCD12233Fx= 0 -FN3+30+20- 20 = 0FN3= 30kN轴向拉伸和压缩任一截面上的轴力的数值等于对应截面一侧任一截面上的轴力的数值等于对应截面一侧所有外力的代数和,且当外力的方向使截面受拉所有外力的代数和,且当外力的方向使截面受拉时为正,受压时为负。时为正,受压时为负。FN=F结论结论120kN20kN30kNABCD12233FN1= -20kNFN
11、2= 0 FN1= -20kN轴向拉伸和压缩 为了形象地表明杆的轴力随横截面位置变化的规律,为了形象地表明杆的轴力随横截面位置变化的规律,通常以平行于杆轴线的坐标(即通常以平行于杆轴线的坐标(即x坐标坐标)表示横截面的位置,表示横截面的位置,以垂直于杆轴线的坐标(即以垂直于杆轴线的坐标(即FN坐标坐标)表示横截面上轴力的表示横截面上轴力的数值数值,按适当比例将轴力随横截面位置变化的情况画成图,按适当比例将轴力随横截面位置变化的情况画成图形,这种表明轴力随横截面位置变化规律的图称为形,这种表明轴力随横截面位置变化规律的图称为轴力图。轴力图。轴向拉伸和压缩 (1 1)反映出轴力与截面位置变化关系,
12、较直观;)反映出轴力与截面位置变化关系,较直观; (2 2)确定出最大轴力的数值及其所在横截面的位置,)确定出最大轴力的数值及其所在横截面的位置,即确定危险截面位置,为强度计算提供依据。即确定危险截面位置,为强度计算提供依据。意义:意义:轴向拉伸和压缩 例例 杆受力如图所示。试画出杆的轴力图。杆受力如图所示。试画出杆的轴力图。BD段:段:kN1020302NFDE 段:段:kN201NFAB段:段:kN402030303NF30kN20kN30kNADEBC402010+FN图(图(kN):内力的大小与杆截面的内力的大小与杆截面的大小无关,与材料无关。大小无关,与材料无关。轴向拉伸和压缩 轴力
13、图要求:轴力图要求:直杆受力如图所示,试画出杆的轴力图。直杆受力如图所示,试画出杆的轴力图。ABCED轴向拉伸和压缩 正负号正负号 数值数值 阴影线与轴线垂直阴影线与轴线垂直 图名图名问题提出:问题提出:F FP PF FP PF FP PF FP P1. 1. 内力大小不能衡量构件强度的大小。内力大小不能衡量构件强度的大小。2. 2. 强度强度 (1)(1)内力在截面分布集度内力在截面分布集度应力;应力; (2)(2)材料承受荷载的能力。材料承受荷载的能力。第三节第三节 轴向拉(压)杆的应力轴向拉(压)杆的应力轴向拉伸和压缩 FR AK总应力:总应力:受力杆件截面上某一点处的内力集度称为该点
14、的受力杆件截面上某一点处的内力集度称为该点的应力应力。AFAFpAddlimRR0 总应力总应力p p是一个矢量,通常情况下,它既不与截面垂是一个矢量,通常情况下,它既不与截面垂直,也不与截面相切。直,也不与截面相切。 为了研究问题时方便起见,习惯上常将它分解为与截为了研究问题时方便起见,习惯上常将它分解为与截面垂直的分量面垂直的分量和与截面相切的分量和与截面相切的分量。轴向拉伸和压缩总应力分解为总应力分解为与截面与截面相切相切p K 工程中应力的单位常用工程中应力的单位常用Pa或或MPa。 1Pa=1N/m2 1MPa=1N/mm2另外,应力的单位有时也用另外,应力的单位有时也用kPa和和G
15、Pa,各单位的换算,各单位的换算情况如下:情况如下: 1kPa=103Pa, 1GPa=109Pa=103MPa 1MPa=106Pa正应力正应力剪应力剪应力与截面垂直与截面垂直轴向拉伸和压缩说明:说明: (1 1)应力是针对受力杆件的某一截面上某一点而言的,)应力是针对受力杆件的某一截面上某一点而言的,所以提及应力时必须明确指出杆件、截面、点的名称。所以提及应力时必须明确指出杆件、截面、点的名称。 (2 2)应力是矢量,不仅有大小还有方向。)应力是矢量,不仅有大小还有方向。 (3 3)内力与应力的关系:内力在某一点处的集度为该点)内力与应力的关系:内力在某一点处的集度为该点的应力;整个截面上
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