大学精品课件：第二章 剪切.PPT

1、 第二章第二章 剪剪 切切 2 21 1 连接件的剪切与挤压强度计算连接件的剪切与挤压强度计算 剪应力的产生剪应力的产生 2 21 1 连接件的剪切与挤压强度计算连接件的剪切与挤压强度计算 一、连接件的受力特点和变形特点：一、连接件的受力特点和变形特点： 1 1、连接件、连接件 在构件连接处起连接作用的部件，称为连接件连接件。例如： 螺栓、铆钉、键等。连接件虽小，起着传递载荷的作用。 特点：可传递一般 力， 可拆卸。 P P 螺栓 P P 铆钉 特点：可传递一般 力，不可拆卸。如桥梁桁架结点处于它连接。 无间隙 m 轴 键 齿轮 特点：传递扭矩。 2 2、受力特点和变形特点：、受力特点和变形特

2、点： n n （合力） （合力） P P 以铆钉为例： 受力特点受力特点： 构件受两组大小相等、方向相 反、作用线相互很近（差一个几 何平面）的平行力系作用。 变形特点变形特点： 构件沿两组平行力系的交界面 发生相对错动。 n n （合力） （合力） P P 剪切面剪切面： 构件将发生相互的错动面，如 n n 。 剪切面上的内力剪切面上的内力： 内力 剪力Q ，其作用线与 剪切面平行。 P n n Q 剪切面 n n （合力） （合力） P P 3、连接处破坏三种形式、连接处破坏三种形式： 剪切破坏 沿铆钉的剪切面剪断，如 沿n n面剪断 。 挤压破坏 铆钉与钢板在相互接触面 上因挤压而使溃压

3、连接松动， 发生破坏。 拉伸破坏 P n n Q 剪切面 钢板在受铆钉孔削弱的截面处，应力增大，易在连接处拉断。 二、剪切的实用计算二、剪切的实用计算 实用计算方法：实用计算方法：根据构件的破坏可能性，采用能反映受力基本 特征，并简化计算的假设，计算其名义应力，然后根据直接试 验的结果，确定其相应的许用应力，以进行强度计算。 适用适用：构件体积不大，真实应力相当复杂情况，如连接件等。 实用计算假设：实用计算假设：假设剪应力在整个剪切面上均匀分布，等于剪 切面上的平均应力。 1、剪切面-AQ ： 错动面。 剪力-Q： 剪切面上的内力。 Q A Q 2、名义剪应力-： 3、剪切强度条件（准则）：

4、A Q n jx :其中 n n （合力） （合力） P P P n n Q 剪切面 工作应力不得超过材料的许用应力。 三、挤压的实用计算三、挤压的实用计算 1、挤压力Pjy ：接触面上的合力。 挤压：构件局部面积的承压现象。 挤压力：在接触面上的压力，记Pjy 。 假设：挤压应力在有效挤压面上均匀分布。 2、挤压面积：接触面在垂直Pjy方向上的投影面的面积。 jy jy jy jy A P 3、挤压强度条件（准则）： 工作挤压应力不得超过材料的许用挤压应力。 挤压面积 dtAjy 1 jyjy ；、校核强度： 2 jy jy jyQ P A Q A ；、设计尺寸： 3 jyjyjyQ APA

5、Q；、设计外载： 四、应用四、应用 P P MPa952. 010 3512 40 7 bh P A Q Q MPa 4 . 710 125 . 4 40 7 cb P A P jy jy jy 例例1 1 木榫接头如图所示，a = b =12cm，h=35cm，c=4.5cm, P=40KN，试求接头的剪应力和挤压应力。 解：受力分析如图 ：剪应力和挤压应力 PPQ jy 剪切面和剪力为 挤压面和挤压力为： P P P P b a c h Q A jy A m d P 解：键的受力分析如图 例例2 2 齿轮与轴由平键（bhL=20 12 100）连接，它传递的 扭矩m=2KNm，轴的直径d=

6、70mm，键的许用剪应力为= 60M Pa ，许用挤压应力为jy= 100M Pa，试校核键的强度。 kN57 07. 0 222 d m P 2 h m b h L 综上，键满足强度要求。 MPa6 .28 10020 1057 3 bL P A Q Q 剪应力和挤压应力的强度校核 PPQ jy jy jy jy jy hL P A P MPa3 .95 6100 1057 2 3 m d P Q A b h L 解：键的受力分析如图 例例3 齿轮与轴由平键（b=16mm，h=10mm，）连接，它传递的扭 矩m=1600Nm，轴的直径d=50mm，键的许用剪应力为= 80M Pa ，许用挤压

7、应力为 jy= 240M Pa，试设计键的长度。 kN64 05. 0 160022 d m PQP jy 2 h m m d P Q A b h L m d P Q A b h L 剪应力和挤压应力的强度条件 mm50)m(10 8016 64 3 1 b Q L Lb Q mm3 .53)m(10 24010 642 2 2 3 2 jy jy jy jy h P L Lh P 综上 mm3 .53 , max 21 LLL 解：受力分析如图 例例4 一铆接头如图所示，受力P=110kN，已知钢板厚度为 t=1cm ，宽度 b=8.5cm ，许用应力为 = 160M Pa ；铆钉的直径 d

8、=1.6cm，许用剪应力为= 140M Pa ，许用挤压应力为jy= 320M Pa，试校核铆接头的强度。（假定每个铆钉受力相等。） 4 P PQ jy b P P t t d P P P 1 1 2 2 3 3 P/4 钢板的2-2和3-3面为危险面 剪应力和挤压应力的强度条件 MPa8 .13610 6 . 114. 3 110 7 22 d P A Q Q MPa7 .15510 )6 . 125 . 8 (4 1103 )2(4 3 7 2 dbt P jy jy jy jy td P A P MPa9 .17110 6 . 114 110 4 7 MPa4 .15910 ) 6 .

9、15 . 8 (1 110 )( 7 3 dbt P 综上，接头安全。 t t d P P P 1 1 2 2 3 3 P/4 一、轴向拉压杆的内力及轴力图一、轴向拉压杆的内力及轴力图 1、轴力的表示? 2、轴力的求法? 3、轴力的正负规定? 为什么画轴力图? 应注意什么? 4、轴力图：N=N(x)的图象表示? P A N B C 简图 A P P N x P + 轴力的简便求法轴力的简便求法: : 以x点左侧部分为对象,x点的内力N(x)由下式计算: 其中“P()”与“P()”均为x点左侧与右侧部分的 所有外力。 )()()(PPxN 例例1 1 图示杆的A、B、C、D点分别作用着5P、8P

10、、4P、P的 力，方向如图，试画出杆的轴力图。 A B C D O 5P 4P P 8P N x 3P 5P P 2P 应力的正负规定? 1、横截面上的应力: A xN)( 二、拉压杆的应力二、拉压杆的应力 危险截面及最大工作应力? 2sin 2 )2cos(1 2 0 0 2、拉压杆斜截面上的应力 Saint-Venant原理? 应力集中? N(x) P x 三、三、强度设计准则（强度设计准则（Strength Design Criterion）：）： 1、强度设计准则、强度设计准则? ? ) )( )( max( max xA xN max 校核强度： 设计截面尺寸： max min N

11、A 设计载荷： ; max AN )( max NfP EA NL EA PL Ld 1、等内力拉压杆的弹性定律 2、变内力拉压杆的弹性定律 3、单向应力状态下的弹性定律 1 E LL xEA xxN xL )( d)( )d(d n i ii ii AE LN L 1 d 四、拉压杆的变形及应变四、拉压杆的变形及应变 N（x） x d x N(x) dx x P P 4、泊松比（或横向变形系数） 5、小变形放大图与位移的求法 C A B C L1 L2 P C“ 1 L 2 L 装配应力预应力 装配温度 平衡方程； 几何方程变形协调方程； 物理方程弹性定律； 补充方程：由几何方程和物理方程得

12、； 解由平衡方程和补充方程组成的方程组。 6、超静定问题的方法步骤： 五、五、 材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 3、卸载定律；冷作硬化；冷拉时效。 、容许应力6 、极限应力2 1 、弹性定律 tg ; E E bs jx , 2 . 0 4、延伸率 0 0 1 100 L LL 5、面缩率 0 0 1 100 A AA n jx 1、剪切的实用计算 A Q 六、六、 拉拉( (压压) )杆连接部分的剪切与挤压强度计算杆连接部分的剪切与挤压强度计算 n n （合力） （合力） P P P n n Q 剪切面 2、挤压的实用计算 jy jy jy jy A P 挤压面积

13、dtAjy jyjy ；校核强度： jy jy jyQ P A Q A ；设计尺寸： jyjyjyQ APAQ；设计外载： 例例2 结构如图，AB、CD、EF、GH都由两根不等边角钢组成， 已知材料的=170 M P a ，E=210 G P a。 AC、EG可视为 刚杆，试选择各杆的截面型号和A、D、C点的位移。 P=300kN 0.8m 3.2m 1.8m 1.2m 2m 3.4m 1.2m A B C D F H q0=100kN/m 解：求内力，受力分析如图 E G kN186 E N kN240300 4 2 . 3 A N kN60300 4 8 . 0 D N kN174 G N

14、 D q0=100kN/m E G A C NG NC NA NE ND =ND P=300kN 由强度条件求面积 i i N A 23 cm12.1410 170 240 AB A 2 cm5 . 3 CD A 2 cm9 .10 EF A 2 cm2 .10 GH A 2 1 cm212. 72),55690(2: AB AAB 2 1 cm89. 12),32540(2: CD ACD 2 1 cm609. 52),54570(2: )( EF AGHEF 试依面积值查表确定钢号 求变形 i ii i EA LN L mm67. 210 54.141 . 2 4 . 3240 4 1 A

15、B ABAB AB EA LN L mm91. 0 CD Lmm74. 1 EF L mm63. 1 GH L 求位移,变形图如图 mm61.2 CDDC Lmm61.2 ABA L A B D F H E G mm70.1 GH GHEF D LDG EG LL C C1 A1 E1 D1 G1 例例3 结构如图，AC、BD的直径分别为:d1 =25mm, d2 =18mm,已知 材料的=170 M Pa ，E=210 G Pa,AE可视为刚杆，试校核各杆 的强度;求A、B点的位移A和B。(2)求当P作用于A点时,F点的 位移F，F= A是普遍规律：称为位移互等定理。 B NB P=100k

16、N NA A A B C D P=100kN 1.5m 3m 2.5m F A B F 解：求内力，受力分析如图 kN7 .66100 5 . 4 3 A NkN3 .33 B N 校核强度 2 4 i ii i d N A N MPa8.13510 2514.3 7.664 9 2 A MPa131 B 求变形及位移 i ii i EA LN L mm62. 110 251 . 214. 3 5 . 27 .664 2 2 AC A AC EA LN L mm56. 1 BD L 求当P作用于A点时,F点的位移F mm62. 1 ACF L AB BF L 0 ;kN100 BA NN mm

17、43.210 251.214.3 5.21004 2 2 AC L FAC LL P=100kN 1.5m 3m 2.5m A F A F B C D 11 1 1 P 12 22 2 2 P 位移互等定理位移互等定理 功互等定理与位移互等定理功互等定理与位移互等定理 最终变形能与加载顺序无关 2 111 11 P U 2 222 22 P U 引起的位移上做功在 21 12112 PP PU 2112 UU 122211 UUUU 211221 时当PP 功互等定理功互等定理 212121 PP 212211 UUU 2 221 1 11 )()( d EA LGGP EA LGP L 例例4 结构如图，已知材料的=2MPa ，E=20GPa,混凝土容重 =22kN/m ，试设计上下两段的面积并求A点的位移A。 1max 1 GPN A 解：由强度条件求面积 21max 2 GGPN A LL xEA xxN xL )( d)( )d(d P=100kN 12m 12m A