第四章直梁的弯曲课件.ppt
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- 第四 章直梁 弯曲 课件
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1、上一内容下一内容回主目录O返回第一篇 力学基础第一章第一章 刚体刚体受力分析受力分析第二章第二章 金属力学性能金属力学性能第三章第三章 受拉构件的强度计算受拉构件的强度计算与受剪切构建的实用计算与受剪切构建的实用计算第四章第四章 直梁的弯曲直梁的弯曲第五章第五章 圆轴的扭转圆轴的扭转上一内容下一内容回主目录O返回 1 弯曲概念和梁的分类弯曲概念和梁的分类 2 梁的内力分析梁的内力分析 3 纯弯曲时梁的正应力及正应力纯弯曲时梁的正应力及正应力强度条件强度条件 4 直梁弯曲时的剪应力直梁弯曲时的剪应力 5 梁的变形梁的变形 6 本章小结本章小结第四章 直梁的弯曲 上一内容下一内容回主目录O返回第一
2、节 弯曲概念与梁的分类 一、弯曲变形的宏观表现与实例一、弯曲变形的宏观表现与实例G/2G/2G/2G/2图图4-1 受力分析受力分析图图4-1所受到的外力有如下特点:所受到的外力有如下特点:(1)外力均与梁的轴线外力均与梁的轴线垂直垂直;(2)外力彼此外力彼此相距较远相距较远.凡具备以上受力特点,并产凡具备以上受力特点,并产生弯曲变形的杆统称为生弯曲变形的杆统称为梁。梁。上一内容下一内容回主目录O返回三、梁的外力、梁的支座三、梁的外力、梁的支座(1)集中力)集中力P 作用面积很小时可视为集中力(作用面积很小时可视为集中力(N)(2)分布力)分布力q 沿梁轴线分布较长(沿梁轴线分布较长(N/m)
3、(3)集中力偶)集中力偶m 力偶的两个力分布在很短的一段梁上力偶的两个力分布在很短的一段梁上(Nm)qq(x)均匀分布力均匀分布力P集中力集中力TT集中力偶集中力偶 T分布力分布力非均匀分布力非均匀分布力第一节 弯曲概念与梁的分类 上一内容下一内容回主目录O返回第一节 弯曲概念与梁的分类 梁的支座:梁的支座:a)活动铰链支座活动铰链支座b)固定铰链支座固定铰链支座c)固定端固定端RyRxRAAAmyRxR上一内容下一内容回主目录O返回第一节 弯曲概念与梁的分类 二二.梁的几个主要类型和名称梁的几个主要类型和名称简支梁简支梁悬臂梁悬臂梁 外伸梁外伸梁:一个固定铰链支座和一个活动铰链支座,有:一个
4、固定铰链支座和一个活动铰链支座,有一端或两端一端或两端伸出支座以外伸出支座以外:一端固定,另一端自由。:一端固定,另一端自由。上一内容下一内容回主目录O返回例例1 简支梁的受力分析简支梁的受力分析0,0,0MYX利用静力学平衡方程:利用静力学平衡方程:0X 0RAx0Y 0PRRByAy0MA02/lPlRBy2/PRBy2/PRAyAxRl2/lPABByRAyRxy第一节 弯曲概念与梁的分类 上一内容下一内容回主目录O返回思考题:悬臂梁的受力分析思考题:悬臂梁的受力分析0X 0Rx0Y 0lqRyqlRy 0AM02lqlMA221qlMAMAqlABRyRxxy第一节 弯曲概念与梁的分类
5、 上一内容下一内容回主目录O返回 1 弯曲概念和梁的分类弯曲概念和梁的分类 2 梁的内力分析梁的内力分析 3 纯弯曲时梁的正应力及正应力纯弯曲时梁的正应力及正应力强度条件强度条件 4 直梁弯曲时的剪应力直梁弯曲时的剪应力 5 梁的变形梁的变形 6 本章小结本章小结第四章 直梁的弯曲 上一内容下一内容回主目录O返回第二节 梁的内力分析 一、梁横截面内的内力一、梁横截面内的内力1.从力的平衡看梁中的内力从力的平衡看梁中的内力P1M1M1Q1QARPPaaABCDBRBR1x 用截面法求用截面法求1-1截面内力:截面内力:以任一段如左段为对象,受以任一段如左段为对象,受力如图所示。力如图所示。由静力
6、平衡方程知:由静力平衡方程知:0Y 01QRAPRQA1 0M111PxxRMA剪力剪力弯矩弯矩RA=RB=PAR11P上一内容下一内容回主目录O返回求求2-2截面内力:以右段为对象截面内力:以右段为对象0Y 02PQRA02ARPQ 0M0)(222MxRaxPAaPM2 弯曲变形时梁横截面上弯曲变形时梁横截面上的内力包括的内力包括剪力剪力Q和和弯矩弯矩M。剪力剪力弯矩弯矩 AC段和段和BD段截面内有段截面内有剪力和弯矩,属于剪力和弯矩,属于剪切弯剪切弯曲曲。CD段截面内只有弯矩,段截面内只有弯矩,没有剪力(没有剪力(=0),属于),属于纯纯弯曲弯曲。P2M2QBRP1M1M1Q1QARPP
7、aaABCDBRBR1xAR222x第二节 梁的内力分析 上一内容下一内容回主目录O返回第二节 梁的内力分析 2.从弯曲变形看弯矩从弯曲变形看弯矩PPaaABCD1)纵向纤维变成了)纵向纤维变成了弧线,凹入边纵向纤弧线,凹入边纵向纤维维缩短了,突出边缩短了,突出边 n1n2伸长了,伸长了,O1O2长度不变。长度不变。2)横向线)横向线a1b1、a2b2仍为直线,说明变仍为直线,说明变形前的横截面变形形前的横截面变形后仍然保持为平面。后仍然保持为平面。加载后发生弯曲:加载后发生弯曲:上一内容下一内容回主目录O返回第二节 梁的内力分析 3)a1b1与与a2b2不再平行(互相倾斜),说明横截面不再平
8、行(互相倾斜),说明横截面a1b1与与a2b2发生了相对转动。发生了相对转动。上一内容下一内容回主目录O返回第二节 梁的内力分析 中性层:中性层:梁弯曲变形时,既不伸长又不缩短的纵向纤梁弯曲变形时,既不伸长又不缩短的纵向纤维层称为中性层。维层称为中性层。xyz中性轴:中性轴:中性层与横截面的交线中性层与横截面的交线中性轴中性轴中性层中性层梁的弯曲,实际是上各个截面绕着中性轴的相对转动。梁的弯曲,实际是上各个截面绕着中性轴的相对转动。上一内容下一内容回主目录O返回zy第二节 梁的内力分析 将梁沿中性轴纵向切开将梁沿中性轴纵向切开(1)作用在中性轴上面的是压应力;作用在中性轴上面的是压应力;(2)
9、作用在中性轴下面的是拉应力。作用在中性轴下面的是拉应力。sdA根据弯矩的定义根据弯矩的定义AMy dA上一内容下一内容回主目录O返回第二节 梁的内力分析 剪力计算法则:剪力计算法则:梁任一横截面上的剪力等于该截面梁任一横截面上的剪力等于该截面一侧(左侧或右侧都可)所有一侧(左侧或右侧都可)所有横向外力横向外力的的代数和代数和。截面截面左侧向上左侧向上的外力和截面的外力和截面右侧向下右侧向下的外力取的外力取正正值;值;截面截面左侧向下左侧向下的外力和截面的外力和截面右侧向上右侧向上的外力取的外力取负负值。值。二、剪力和弯矩的计算二、剪力和弯矩的计算Q=P0Q=P0Q=P0Q=P Ra=935N上
10、一内容下一内容回主目录O返回第二节 梁的内力分析 CD段:段:NPRQA43512125435)(12xaxPxRMAaABCDblP1P3P2l/2EDE段:段:NPPRQA565213625565)2/()(213xlxPaxPxRMAEB段:段:NRQB8654865865)(4xxlRMBRARB上一内容下一内容回主目录O返回第二节 梁的内力分析 NQ9351xM9351NQ43521254352xMNQ56536255653xMNQ86548658654xMQ(N)xM(Nm)x上一内容下一内容回主目录O返回例例2 图示简支梁受集度为图示简支梁受集度为q的满布荷载作用。试作梁的剪力的
11、满布荷载作用。试作梁的剪力图和弯矩图。图和弯矩图。解:解:1)求支反力)求支反力2qlRRBA2)列剪力方程和弯矩方程)列剪力方程和弯矩方程qxqlQ2 222qxqlxxMxRBRABlAq第二节 梁的内力分析 上一内容下一内容回主目录O返回qxqlQ2ql 2Qxxql2 8M 222qxqlxxM 在均布载荷作用下,弯矩图为抛物线;在均布载荷作用下,弯矩图为抛物线;q向下时抛向下时抛物线开口向下;物线开口向下;q向上时,抛物线开口向上。向上时,抛物线开口向上。xBlAq第二节 梁的内力分析 上一内容下一内容回主目录O返回 1 弯曲概念和梁的分类弯曲概念和梁的分类 2 梁的内力分析梁的内力
12、分析 3 纯弯曲时梁的正应力及正应力纯弯曲时梁的正应力及正应力强度条件强度条件 4 直梁弯曲时的剪应力直梁弯曲时的剪应力 5 梁的变形梁的变形 6 本章小结本章小结第四章 直梁的弯曲 上一内容下一内容回主目录O返回第三节 纯弯曲梁的正应力 一、一、纯弯曲时梁横截面上的正应力纯弯曲时梁横截面上的正应力1.变形几何关系变形几何关系yz1m2a1a2m1o2o1n2n1b2b(1)横向线横向线a1b1和和 a2b2仍然仍然为直线,但相互倾斜,与为直线,但相互倾斜,与弯后纵线弯后纵线m1m2和和n1n2仍然仍然正交;正交;(2)纵线纵线m1m2和和n1n2变为变为弧线,凹入边弧线,凹入边m1m2缩短,
13、缩短,凸出边凸出边n1n2伸长。伸长。纯弯曲试验现象:纯弯曲试验现象:1m2a1a2m1o2o1n2n1b2bxoyyd上一内容下一内容回主目录O返回距中性层距离为距中性层距离为y处的纵向纤维处的纵向纤维变形前变形前ddxOOnn2121:中性层的曲率半径中性层的曲率半径变形后变形后21nn伸长量:伸长量:yd线应变:线应变:dyddxd1dydxy1m2a1a2m1o2o1n2n1b2bxoyydy1m2a1a2m1o2o1n2n1b2bdxdy)(第三节 纯弯曲梁的正应力 上一内容下一内容回主目录O返回第三节 纯弯曲梁的正应力 2.正应力分布规律正应力分布规律根据虎克定律,当应力不超过比例
14、极限时:根据虎克定律,当应力不超过比例极限时:yEE 横截面上任意一点的正应力,与该点到中性轴的距横截面上任意一点的正应力,与该点到中性轴的距离成正比。距中性轴越远,应力越大。距中性轴同一高离成正比。距中性轴越远,应力越大。距中性轴同一高度上各点的正应力相等。中性轴上度上各点的正应力相等。中性轴上y=0,=0。xyz中性轴中性轴正应力分布规律:正应力分布规律:)(maxmaxpyE上一内容下一内容回主目录O返回第三节 纯弯曲梁的正应力 例例 4-3 直径为直径为1mm的钢丝缠绕在一圆柱体上,要保持收弯的钢丝缠绕在一圆柱体上,要保持收弯钢丝的弹性,试问圆柱体的直径不得小于多少?已知钢丝钢丝的弹性
15、,试问圆柱体的直径不得小于多少?已知钢丝的比例极限时的比例极限时400MPa,弹性模量,弹性模量E=2105MPa。解解:根据:根据maxmax1Eymax5min22 100.52504 10pEymm所以圆柱体的直径不得小于所以圆柱体的直径不得小于2r即即500mm启发:对承载用的钢丝绳,在横截面积相等的条件下启发:对承载用的钢丝绳,在横截面积相等的条件下,钢丝,钢丝细些,根数多些,钢丝绕性越好,便于捆绑物体细些,根数多些,钢丝绕性越好,便于捆绑物体上一内容下一内容回主目录O返回第三节 纯弯曲梁的正应力 3.曲率与弯矩的关系曲率与弯矩的关系 弯矩弯矩M即截面上分布内力的合即截面上分布内力的
16、合力偶矩,所以力偶矩,所以AAyMdyEE AAEMdy2AAyEd2令令AzAyId2横截面对中性轴横截面对中性轴z的的轴惯性矩轴惯性矩Mxyz中性轴中性轴轴惯性矩轴惯性矩Iz只与横截面的几何形状有关。只与横截面的几何形状有关。zIEMzEIM1上一内容下一内容回主目录O返回第三节 纯弯曲梁的正应力 zEIM1yEE zIMy4.正应力的计算公式正应力的计算公式弯曲正应力计算公式弯曲正应力计算公式 适用范围:适用范围:zIMy弯曲正应力计算公式弯曲正应力计算公式1)纯弯曲和)纯弯曲和l/h5剪切弯曲剪切弯曲2)有纵向对称面的梁(未必为矩形)有纵向对称面的梁(未必为矩形)3)弹性变形阶段()弹
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