材料力学基本第四章-连接件的剪切与挤压强度工程计算课件.ppt

1、第四章 连接件的剪切与挤压强度工程计算4-1 铆接件的强度失效形式及相应的强度计算方法铆接件的强度失效形式及相应的强度计算方法4-2 焊缝强度的剪切假定计算焊缝强度的剪切假定计算4-3 结论与讨论结论与讨论4.1 4.1 铆接件的强度失效形式及相应的强度计算方法铆接件的强度失效形式及相应的强度计算方法铆钉螺栓联接件的作用：在被联接件间传递载荷铆钉螺栓FF剪切面剪切面受力特点受力特点：杆件受到两个大小相等，方向相反、作用线垂直于杆的轴线并且相互平行且相距很近的力的作用。变形特点变形特点：杆件沿两力之间的截面发生错动。剪切面：剪切面：发生错动的面。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面假

2、想地截开，保留一部分考虑其平衡。FQFFF剪切面剪切面剪切面剪切面FFQ剪力剪力单剪切：单剪切：只有一个剪切面。只有一个剪切面。剪切面剪切面双剪切：双剪切：有两个剪切面。有两个剪切面。剪切面剪切面剪切面剪切面螺栓剪切面剪切面如果剪力 过大，杆件将沿着剪切面被剪断而发生剪切破坏。QF为了使构件不发生剪切破坏，需要建立剪切强度条件。从有限元计算结果看剪切面上从有限元计算结果看剪切面上应力的分布情况十分复杂，工应力的分布情况十分复杂，工程中采用近似计算。程中采用近似计算。（1）实际：）实际：切应力在剪切面上均匀分布；切应力在剪切面上均匀分布；（2）假设：）假设：4.1.1、连接件剪切破坏及剪切假定计

3、算、连接件剪切破坏及剪切假定计算A：剪切面面积，不一定是横截面面积，但与外截荷平行；：剪切面面积，不一定是横截面面积，但与外截荷平行；（3）名义切应力）名义切应力AFs剪切强度条件：剪切强度条件：sAF名义许用切应力名义许用切应力2 2、选择截面尺寸、选择截面尺寸;3 3、确定许可载荷；、确定许可载荷；1 1、强度校核；、强度校核；可解决三类问题：可解决三类问题：在假定的前提下进行在假定的前提下进行实物或模型实验，确实物或模型实验，确定许用应力。定许用应力。4.1.24.1.2、连接件的挤压破坏及挤压强度计算、连接件的挤压破坏及挤压强度计算 挤压：连接件和被连接件在接触面上相互压紧的现象。FF

4、/2F/2FF/2F/2FF挤压面A Absbs:联接件与被连接件之间的相互作用面。此处为半个圆柱面。挤压力Fbsbs:联接件与被连接件之间的相互作用力。此处Fbsbs=F=F。如果挤压力过大，联接件或被联接件在挤压面附近产生明显的塑性变形，使联接件被压扁或钉孔称为长圆形，造成联接松动。称为挤压破坏。在有些情况下，构件在剪切破坏之前可能首先发生挤压破坏，所以需要建立挤压强度条件。挤压面显著的塑性变形（名义）挤压应力：bsbsbsAFF挤压面面积Abs：实际挤压面在直径平面上的投影面积。此处Abs2td。挤压强度条件：bsbsbsbsAF许用挤压应力，由试验确定。:bs试验结果：t)5.2-5.

5、1(塑性 t)5.1-9(0.脆性平键键槽FFbhl传动轴皮带轮挤压面为平面：2hlAbs挤压面计算面积的确定：挤压面为平面时：计算面积为实际挤压面在直径平面上的投影面积挤压面为半个圆柱面时：计算面积为实际挤压面面积例题2 两矩形截面木杆，用两块钢板连接如图示。已知拉杆的截面宽度 b=25cm，沿顺纹方向承受拉力F=50KN，木材的顺纹许用剪应力为 ,顺纹许用挤压应力为 。试求接头处所需的尺寸L和。MPa10bsFFLL bMPa1FF/2F/2解解：剪切面如图所示。剪 切面面积为：剪切面LbA由剪切强度条件：2/QLbFAFmm1002bFL由挤压强度条件：2/bsbsbsbsbFAFmm1

6、02bsbF例题3 已知外载集度p=2MPa,角钢厚t=12mm,长 L=150mm,宽b=60mm，螺栓直径 d=15mm.许用切应力为 ，许用挤压应力为 ，校核该联接强度。（忽略角钢与工字钢之间的摩擦力）。（1）角钢承受的总载荷）角钢承受的总载荷MPa70MPa120bspbLF 解：解解（1）角钢承受的总载荷（2）每个螺栓的剪力22pbLFFQ（3）剪切强度校核MPa96.50015.014.315.006.00.2224/2/222dpbLdpbLAFQ（4）单个螺栓与角钢间的挤压力22pbLFFbsMPa50015.0012.0215.006.00.222/bstdpbLtdpbLA

7、Fbsbs挤（5）挤压强度校核结论：该联接满足强度要求。4.1.34.1.3、连接件的拉断强度计算、连接件的拉断强度计算 其计算方法与第三章中拉压杆的强度计算相同。其计算方法与第三章中拉压杆的强度计算相同。4.1.44.1.4、连接件后面的连接板的剪切计算、连接件后面的连接板的剪切计算 步骤：步骤：（1）根据构件的受力，确定剪切面。假设剪切面上，切应力均匀分布（名义切应力）。（4）建立剪切强度条件。（2）利用截面法求出剪切面上的剪力 。QF（3）采用实用计算方法，计算剪切面上的切应力 。AFQ AFQ如何确定许用切应力如何确定许用切应力 对材料做剪切试验，可测得剪断时的切应力值 。b则该材料的

8、许用切应力为 nb n 剪切安全系数试验结果：t0.8)-(0.6塑性 t)0.1-8(0.脆性例题例题1 1dt冲头冲头钢板钢板冲模冲模 图示冲床的最大冲压力为400kN，被冲剪钢板的剪切极限应力为 ,试求此冲床所能冲剪钢板的最大厚度 t。已知 d=34mm。MPa300解：剪切面是钢板内被冲头冲出的圆柱体的侧面:剪切面剪切面tdtA冲孔所需要的冲剪力：F故故3001040030FAmm1033.13mm46.121033.13dt0A4.2 4.2 焊缝强度的剪切假定计算焊缝强度的剪切假定计算一、角焊缝强度计算一、角焊缝强度计算wff3)(32/22fxfxefyfyefzfze,NAVA

9、VAfxfy/2/2fyfx/fz/2/2,（一）角焊缝强度计算公式（一）角焊缝强度计算公式角焊缝承受三个方向力：角焊缝承受三个方向力：f yf x/f z/2/2,22w2ffxfyfzfyfx33/2/2/2/2f可得角焊缝计算的基本公式为可得角焊缝计算的基本公式为222wfxfyfxfyfzf2()3f仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时wfewf/()Nhlf仅有一垂直于焊缝长度方向的轴心力时仅有一垂直于焊缝长度方向的轴心力时wfewff/()Nhlf同时有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力时同时有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力时22wffff/fu 注意环

10、节：1 1、计算长度：考虑起弧和落弧由实际长度减去、计算长度：考虑起弧和落弧由实际长度减去2hf2hf；2 2、一般只考虑一个垂直于焊缝长度方向的力；、一般只考虑一个垂直于焊缝长度方向的力；3 3、强度设计增大系数：强度设计增大系数：4 4、正应力和剪应力的正确理解；、正应力和剪应力的正确理解；u 角焊缝强度计算步骤1 1、根据构造要求初定焊接尺寸、根据构造要求初定焊接尺寸hfhf；2 2、确定总的有效面积，需考虑多条焊缝；、确定总的有效面积，需考虑多条焊缝；3 3、分别求解平行于焊缝长度方向的应力、分别求解平行于焊缝长度方向的应力 和垂直于焊和垂直于焊缝长度方向的应力缝长度方向的应力 ，然后

11、代入公式计算。，然后代入公式计算。wf ew ff/()N h lf wf ewf/()N hlf wf ewff/()N hl f （二）受轴心力作用的拼接板连接（二）受轴心力作用的拼接板连接1 1、仅侧面角焊缝、仅侧面角焊缝wffewNfhl wfewNfhl 强度验算：强度验算：承载力验算：承载力验算：算例算例1 1 如图所示两块板厚如图所示两块板厚t t14mm14mm的板采用上下两块盖板（板的板采用上下两块盖板（板厚厚t t8mm8mm）连接，钢材采用）连接，钢材采用Q235Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43，承，承受静态轴心力受静态轴心力N N500KN500KN，已

12、知端缝长度为，已知端缝长度为Lw1Lw1400mm400mm，侧缝长度为侧缝长度为Lw2Lw2300mm300mm，根据下列情况设计焊缝：，根据下列情况设计焊缝：（1 1）仅有侧面角焊缝；）仅有侧面角焊缝；（2 2）仅有正面角焊缝；）仅有正面角焊缝；解：解：根据构造要求焊角尺寸根据构造要求焊角尺寸 hfhf 1.2x81.2x8 t-(1t-(12)2)所以取所以取hfhf=6mm=6mm1.514（1 1）仅有侧面角焊缝；）仅有侧面角焊缝；few3w2f50010103160 N/mm0.76430026Nhlf（二）受轴心力作用的拼接板连接（二）受轴心力作用的拼接板连接2 2、仅正面角焊缝

13、、仅正面角焊缝wfffewNfhl wfewfNfhl 强度验算：强度验算：承载力验算：承载力验算：算例算例1 1 如图所示两块板厚如图所示两块板厚t t14mm14mm的板采用上下两块盖板（板的板采用上下两块盖板（板厚厚t t8mm8mm）连接，钢材采用）连接，钢材采用Q235Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43，承，承受静态轴心力受静态轴心力N N500KN500KN，已知端缝长度为，已知端缝长度为Lw1Lw1400mm400mm，侧缝长度为侧缝长度为Lw2Lw2300mm300mm，根据下列情况设计焊缝：，根据下列情况设计焊缝：（1 1）仅有侧面角焊缝；）仅有侧面角焊缝；（2

14、 2）仅有正面角焊缝；）仅有正面角焊缝；解：解：根据构造要求焊角尺寸根据构造要求焊角尺寸 hfhf 1.2x81.2x8 t-(1t-(12)2)所以取所以取hfhf=6mm=6mm1.514（2 2）仅有正面角焊缝；）仅有正面角焊缝；few3w2f500101531.22195 N/mm0.76240026Nhlf 3、三面围焊时：三面围焊时：先计算正面角焊缝受力先计算正面角焊缝受力N N1 1，剩余的，剩余的N N-N N1 1由侧面角焊缝承担由侧面角焊缝承担。（一般采用连续焊接，即。（一般采用连续焊接，即hfhf相等）相等）1 1）正面角焊缝承担内力）正面角焊缝承担内力N1N1：w1ff

15、e1wNfhl 2 2）剩余的剩余的N-N1N-N1由侧面角焊缝由侧面角焊缝承担承担：w1ffew2NNfhl w1few2NNfhl（三）受轴心力作用的角钢连接（三）受轴心力作用的角钢连接1 1、当用侧面角焊缝连接时、当用侧面角焊缝连接时:两面侧焊两面侧焊肢背 N1=e2 N/（e1+e2）=K1 N 肢尖 N2=e1 N/（e1+e2）=K2 N 肢背、肢尖焊缝强度验算肢背、肢尖焊缝强度验算w2f2few2Nfhl w1f1few1Nfhl 2 2、三面围焊时：、三面围焊时：先计算正面角焊缝受力先计算正面角焊缝受力N N3 3，剩余的，剩余的N N-N N3 3由由侧面角焊缝承担。侧面角焊

16、缝承担。1）正面角焊缝承担的力正面角焊缝承担的力 N3=0.7hflw3f ffw2）侧面角焊缝承担的力侧面角焊缝承担的力 肢背 N1=e2 N/（e1+e2）N3/2=K1 NN3/2 肢尖 N2=e1 N/（e1+e2）N3/2=K2NN3/2 3 3）肢背、肢尖焊缝强度验算肢背、肢尖焊缝强度验算w2f2few2Nfhl w1f1few1Nfhl 算例算例2 2 如图所示某桁架腹杆采用角钢如图所示某桁架腹杆采用角钢2L140X102L140X10，用角焊缝三面，用角焊缝三面围焊与节点板连接，钢材采用围焊与节点板连接，钢材采用Q235Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43，承受静态

17、轴心力承受静态轴心力N N1170KN1170KN，已知焊角尺寸，已知焊角尺寸hfhf8mm8mm，肢，肢背焊缝长度背焊缝长度Lw1Lw1400mm400mm，肢尖焊缝长度，肢尖焊缝长度Lw2Lw2250mm250mm，验，验算焊缝连接是否安全：算焊缝连接是否安全：1）正面角焊缝承担的力）正面角焊缝承担的力 N3=0.7hflw3f ffw 0.7x8x140 x2x1.22x160306kN2）肢背受力：）肢背受力：3)肢尖受力：肢尖受力：N1=K1 NN3/2 0.7x1170-306/2=666kN0.7x8x2x(400-8)x160=702kNN2=K2NN3/20.3x1170-306/2=198kN0.7x8x2x(250-8)x160=434kN4.3 结论与讨论结论与讨论4.3.1 剪切强度计算中应当着重注意的问题剪切强度计算中应当着重注意的问题 1.根据受力情况，判断是否主要承受剪切、根据受力情况，判断是否主要承受剪切、2.根据平衡条件，确定剪切面上所承受的剪力根据平衡条件，确定剪切面上所承受的剪力4.3.2 机械连接件的剪切强度计算机械连接件的剪切强度计算 对于键，也是主要受剪切和挤压作用，其强度对于键，也是主要受剪切和挤压作用，其强度计算方法一样。计算方法一样。