材料力学课件全套.ppt
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- 材料力学 课件 全套
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1、 zIyMmaxmaxmax分析(分析(1 1)(2 2)弯矩)弯矩 最大的截面最大的截面M(3 3)抗弯截面系数)抗弯截面系数 最最 小的截面小的截面zW 图示为机车轮轴的简图。试校核轮轴的强度。已知图示为机车轮轴的简图。试校核轮轴的强度。已知,kN5.62,m16.0,m267.0,1302Fbammd材料的许用应力材料的许用应力.MPa60mm1601d zWMmaxmax例题5-2目录5-3 5-3 横力弯曲时的正应力横力弯曲时的正应力(3 3)B B截面,截面,C C截面需校核截面需校核(4 4)强度校核)强度校核B B截面:截面:MPa5.41Pa105.4116.0322675.
2、62326331maxdFaWMzBBMPa4.46Pa104.4613.0321605.62326332maxdFbWMzCCC C截面:截面:(5 5)结论)结论 轴满足强度要求轴满足强度要求(1 1)计算简图)计算简图(2 2)绘弯矩图)绘弯矩图F Fa aF Fb b解:解:目录5-3 5-3 横力弯曲时的正应力横力弯曲时的正应力分析分析(1 1)确定危险截面)确定危险截面(3 3)计算)计算maxM(4 4)计算)计算 ,选择工,选择工 字钢型号字钢型号zW 某车间欲安装简易吊车,大梁选用工字钢。已知电葫芦自重某车间欲安装简易吊车,大梁选用工字钢。已知电葫芦自重材料的许用应力材料的许
3、用应力MPa,140kN,7.61F,kN502F起重量起重量跨度跨度m,5.9l试选择工字钢的型号。试选择工字钢的型号。zWMmaxmax(2 2)例题5-3目录5-3 5-3 横力弯曲时的正应力横力弯曲时的正应力(4 4)选择工字钢型号)选择工字钢型号(5 5)讨论)讨论(3 3)根据)根据 zWMmaxmax计算计算 33663maxcm962m109621014045.910)507.6(MWz (1 1)计算简图)计算简图(2 2)绘弯矩图)绘弯矩图解:解:36c36c工字钢工字钢3cm962zWkg/m6.67q目录5-3 5-3 横力弯曲时的正应力横力弯曲时的正应力作弯矩图,寻找
4、需要校核的截面作弯矩图,寻找需要校核的截面 ccttmax,max,要同时满足要同时满足分析:分析:非对称截面,要寻找中性轴位置非对称截面,要寻找中性轴位置 T T型截面铸铁梁,截面尺寸如图示。型截面铸铁梁,截面尺寸如图示。试校核梁的强度。试校核梁的强度。MPa,60,MPa30ct例题5-4目录5-3 5-3 横力弯曲时的正应力横力弯曲时的正应力mm522012020808020120102080cy(2 2)求截面对中性轴)求截面对中性轴z z的惯性矩的惯性矩462323m1064.728120201212020422080122080zI (1 1)求截面形心)求截面形心z1yz52解:
5、解:目录5-3 5-3 横力弯曲时的正应力横力弯曲时的正应力(4 4)B B截面校核截面校核 ttMPa2.27Pa102.271064.710521046633max,ccMPa1.46Pa101.461064.710881046633max,(3 3)作弯矩图)作弯矩图目录kN.m5.2kN.m45-3 5-3 横力弯曲时的正应力横力弯曲时的正应力(5 5)C C截面要不要校核?截面要不要校核?ttMPa8.28Pa108.281064.71088105.26633max,(4 4)B B截面校核截面校核(3 3)作弯矩图)作弯矩图 ttMPa2.27max,ccMPa1.46max,目录
6、kN.m5.2kN.m45-3 5-3 横力弯曲时的正应力横力弯曲时的正应力梁满足强度要求梁满足强度要求5-4 5-4 弯曲切应力弯曲切应力目录xdxxyPmq(x)ABmnm1n1分几种截面形状讨论弯曲切应力分几种截面形状讨论弯曲切应力一、矩形截面梁一、矩形截面梁(/)sF1 1、横截面上各点的切应力方向平行于剪力、横截面上各点的切应力方向平行于剪力2 2、切应力沿截面宽度均匀分布、切应力沿截面宽度均匀分布关于切应力的分布作两点假设:关于切应力的分布作两点假设:Fsbhymnm1n1Op1q1pdxxyz5-4 5-4 弯曲切应力弯曲切应力目录dxm1n1nmMM+dMypp1m1n1mnd
7、xpp1q1qydAFN1FN2zyy1AyIMAyIMANpnAzzAAddd:111111AyIMMNnpAzdd:12111xbQppdd:1讨论部分梁的平衡讨论部分梁的平衡5-4 5-4 弯曲切应力弯曲切应力0dddd ,01111xbAyIMAyIMMXAzAzAybIxMAzd)1(dd11m1n1mndxpp1q1qydAFN1FN2zyy1*szzF SI bd,dsMFx,d*11zASAyAFS23 5-4 5-4 弯曲切应力弯曲切应力目录横力弯曲截面发生翘曲横力弯曲截面发生翘曲切应变切应变22()24szFhyGI GPP5-4 5-4 弯曲切应力弯曲切应力 若各截面若各
8、截面 Fs Fs 相等,则翘曲程度相同,纵向纤维长度不变,对相等,则翘曲程度相同,纵向纤维长度不变,对 计算计算无影响。无影响。若各截面若各截面FsFs不等(如有不等(如有q q作用),则翘曲程度不同,各纵向纤维长度发作用),则翘曲程度不同,各纵向纤维长度发生变化,对生变化,对 计算有影响。但这种影响对计算有影响。但这种影响对 梁常可忽略。梁常可忽略。hl5-4 5-4 弯曲切应力弯曲切应力二、圆形截面梁二、圆形截面梁Fsmax243sFR5-4 5-4 弯曲切应力弯曲切应力目录00sFb hFs三、工字型截面梁三、工字型截面梁Bb0hh0zyy实心截面梁正应力与切应力比较实心截面梁正应力与切
9、应力比较对于直径为对于直径为 d d 的圆截面的圆截面maxmax =6(l/d)5-4 5-4 弯曲切应力弯曲切应力目录(l 为梁的跨度)为梁的跨度)实心截面梁正应力与切应力比较实心截面梁正应力与切应力比较对于宽为对于宽为b、高为高为h的矩形截面的矩形截面maxmax =4(l/h)5-4 5-4 弯曲切应力弯曲切应力目录(l 为梁的跨度)为梁的跨度)l 梁的跨度较短梁的跨度较短(l/h 0M(x)0Od ydx2 0 xyM(x)0Odxd y 022yxM(x)b。解解1 1)由梁整体平衡分析得:)由梁整体平衡分析得:lFaFlFbFFByAyAx ,02 2)弯矩方程)弯矩方程 axx
10、lFbxFxMAy 11110,AC AC 段:段:lxaaxFxlFbaxFxFxMAy 222222),()(CB CB 段:段:6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录maxyab1x2xACDFxAyFByFAByB3 3)列挠曲线近似微分方程并积分)列挠曲线近似微分方程并积分112112)(xlFbxMdxydEI 1211112)(CxlFbxEIdxdyEI 1113116DxCxlFbEIy AC AC 段:段:ax 10)()(2222222axFxlFbxMdxydEI 2222222)(22)(2CaxFxlFbxEIdxdyEI 2223232)(662
11、DxCaxFxlFbEIy CB CB 段:段:lxa26-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录maxyab1x2xACDFxAyFByFAByB4 4)由边界条件确定积分常数)由边界条件确定积分常数0)(,22 lylx0)0(,011 yx代入求解,得代入求解,得位移边界条件位移边界条件光滑连续条件光滑连续条件)()(,2121aaaxx )()(,2121ayayaxx lFbFblCC661321 021 DD6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录maxyab1x2xACDFxAyFByFAByB5 5)确定转角方程和挠度方程)确定转角方程和挠度方程)
12、(6222211bllFbxlFbEI 12231)(661xbllFbxlFbEIy AC AC 段:段:ax 10)(6)(222222222bllFbaxFxlFbEI22232322)(6)(66xbllFbaxFxlFbEIyCB CB 段:段:lxa26-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录maxyab1x2xACDFxAyFByFAByB6 6)确定最大转角和最大挠度)确定最大转角和最大挠度令令 得,得,0 dxd)(6,maxalEIlFablxB 令令 得,得,0 dxdy)(39)(,3322max22EIlblFbyblx 6-3 6-3 用积分法求弯曲变
13、形用积分法求弯曲变形目录maxyab1x2xACDFxAyFByFAByB讨讨 论论积分法求变形有什么优缺点?积分法求变形有什么优缺点?6-3 6-3 用积分法求弯曲变形用积分法求弯曲变形目录6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形)(22xMEIydxydEI 设梁上有设梁上有n n 个载荷同时作用,任意截面上的弯矩个载荷同时作用,任意截面上的弯矩为为M(x)M(x),转角为,转角为 ,挠度为,挠度为y y,则有:,则有:)(xMEIyii 若梁上只有第若梁上只有第i i个载荷单独作用,截面上弯矩个载荷单独作用,截面上弯矩为为 ,转角为,转角为 ,挠度为,挠度为 ,则有:,则有:
14、i iy)(xMi由弯矩的叠加原理知:由弯矩的叠加原理知:)()(1xMxMnii 所以,所以,)()(11xMyEIyEIniinii 7-4目录故故 )(1 niiyy由于梁的边界条件不变,因此由于梁的边界条件不变,因此,1niiniiyy1重要结论:重要结论:梁在若干个载荷共同作用时的挠度或转角,梁在若干个载荷共同作用时的挠度或转角,等于在各个载荷单独作用时的挠度或转角的代数等于在各个载荷单独作用时的挠度或转角的代数和。这就是和。这就是计算弯曲变形的叠加原理计算弯曲变形的叠加原理。6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形目录例例3 3 已知已知简支梁受力如图示,简支梁受力如图
15、示,q q、l、EIEI均为已知。均为已知。求求C C 截面的挠度截面的挠度y yC C ;B B截面的截面的转角转角 B B1 1)将梁上的载荷分解)将梁上的载荷分解321CCCCyyyy 321BBBByC1yC2yC32 2)查表得)查表得3 3种情形下种情形下C C截面的挠度和截面的挠度和B B截截面的转角面的转角。EIqlB2431EIqlB1631EIqlB333EIqlyC384541EIqlyC4842EIqlyC1643解解6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形目录3 3)应用叠加法,将简单载荷作用时的结应用叠加法,将简单载荷作用时的结果求和果求和 )(3841
16、116483845444431EIqlEIqlEIqlEIqlyyiCiC)(481131624333331EIqlEIqlEIqlEIqliBiB6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形目录yC1yC2yC3例例4 4 已知:已知:悬臂梁受力如图示,悬臂梁受力如图示,q q、l、EIEI均为已知。均为已知。求求C C截面的挠度截面的挠度y yC C和转角和转角 C C1 1)首先,将梁上的载荷变成有表可查)首先,将梁上的载荷变成有表可查的情形的情形 为了利用梁全长承受均布载荷的为了利用梁全长承受均布载荷的已知结果,先将均布载荷延长至梁的已知结果,先将均布载荷延长至梁的全长,为了不
17、改变原来载荷作用的效全长,为了不改变原来载荷作用的效果,在果,在AB AB 段还需再加上集度相同、段还需再加上集度相同、方向相反的均布载荷。方向相反的均布载荷。Cy解解6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形目录Cy2Cy1Cy2By,841EIqlyC ,248128234222lEIqlEIqllyyBBC EIqlC631EIqlC4832 EIqlyyiCiC384414213 3)将结果叠加)将结果叠加 EIqliCiC4873212 2)再将处理后的梁分解为简单载荷作用)再将处理后的梁分解为简单载荷作用的情形,计算各自的情形,计算各自C C截面的挠度和转角。截面的挠度和
18、转角。6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形目录讨讨 论论叠加法求变形有什么优缺点?叠加法求变形有什么优缺点?6-4 6-4 用叠加法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形目录6-5 6-5 简单超静定梁简单超静定梁1.1.基本概念:基本概念:超静定梁:超静定梁:支反力数目大于有效平衡方程数目的梁支反力数目大于有效平衡方程数目的梁多余约束:多余约束:从维持平衡角度而言从维持平衡角度而言,多余的约束多余的约束超静定次数:超静定次数:多余约束或多余支反力的数目。多余约束或多余支反力的数目。2.2.求解方法:求解方法:解除多余约束,建立相当系统解除多余约束,建立相当系统比较变形,列变比较变形,列
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