材料力学第六章课件.ppt
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- 材料力学 第六 课件
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1、1Ch.6 Strength of tensile or compressive bars and design of fasteners Strength condition and safety factorStrength design of tensile and compressive barsShear strength and its practical calculation methodBearing strength and its practical calculation methodStrength design of fasteners2Stiffness refe
2、rs to the resistance of a structure or a component to deformation by an applied force Strength refers to a structure or a components ability to withstand an applied stress without failure.Strength of tensile or compressive bars and design of fasteners 为保证完成其正常功能,所设计的结构或构件为保证完成其正常功能,所设计的结构或构件 必须具有适当的
3、强度和刚度。必须具有适当的强度和刚度。结构或构件抵抗破坏的能力结构或构件抵抗破坏的能力 承担预定的载荷而不发生破坏,则强度足够。承担预定的载荷而不发生破坏,则强度足够。所有的构件所有的构件(不允许出现材料破坏及结构失效不允许出现材料破坏及结构失效);需要破坏时,如剪板、冲孔、安全堵等需要破坏时,如剪板、冲孔、安全堵等,都有必要的强度要求。都有必要的强度要求。结构或构件抵抗变形的能力;结构或构件抵抗变形的能力;变形应限制在保证正常工作所允许的范围内。变形应限制在保证正常工作所允许的范围内。3Ultimate stressStress is a reference to control the s
4、trength of a structure or a component.工作应力:工作应力:(working stress)构件在可能受到的最大工作载荷作用下的应力。构件在可能受到的最大工作载荷作用下的应力。极限应力:极限应力:ys、b 材料可以承受的强度指标。材料可以承受的强度指标。延性材料:延性材料:ys;脆性材料:脆性材料:b ys 延性材料延性材料 b 脆性材料脆性材料强度判据强度判据:(strength criterion)结构或构件的工作应力结构或构件的工作应力 材料的极限应力材料的极限应力4Some unpredictable errorsThe error existing
5、 in the strength reference of materialsThe error existing in mechanics analysisIn terms of the strength criterion,even the working stress is less than the ultimate stress,it still can not be guaranteed the safety of the structure or the component.1)力学分析的可能误差力学分析的可能误差 包括载荷估计;分析、简化和计算误差;尺寸制包括载荷估计;分析、简
6、化和计算误差;尺寸制 造误差等。造误差等。2)材料强度指标的误差材料强度指标的误差 包括实验误差,材料的固有分散性误差等。包括实验误差,材料的固有分散性误差等。3)不可预知的其他误差不可预知的其他误差 偶然超载,制造损伤,工作与实验条件不同等。偶然超载,制造损伤,工作与实验条件不同等。因此,实际因此,实际(Allowable stress)为为:ys/n /n 或或 b/n/n n1,故极限应力大于许用应力。,故极限应力大于许用应力。将极限应力与许用应力之差作为安全储备。将极限应力与许用应力之差作为安全储备。5For axial tension or compression bar,stren
7、gth condition is expressed as Obviously the larger the safety factor,the safer the structureDetermination of safety factor n误差大、工作条件恶劣、破坏后果严重,误差大、工作条件恶劣、破坏后果严重,n应越大。应越大。设计中,强度条件可一般地写为:设计中,强度条件可一般地写为:对于对于,为:为:=FN/A FN是轴力,是轴力,A为横截面面积。为横截面面积。6General method for strength design7Design of cross sectionSt
8、rength examinationStrength design for tensile or compressive bars依据强度条件依据强度条件,进行,进行强度设计,强度设计,包括:包括:=FN/A 1)1)对初步设计的构件,校核是否满足强度条件。对初步设计的构件,校核是否满足强度条件。若强度不足,需要修改设计。若强度不足,需要修改设计。A FN/2)2)选定材料,已知构件所承受的载荷时,选定材料,已知构件所承受的载荷时,设计满足强度要求的构件的截面面积和尺寸。设计满足强度要求的构件的截面面积和尺寸。FN A 3)3)已知构件的几何尺寸,许用应力,计算结构或已知构件的几何尺寸,许用应
9、力,计算结构或 构件所能允许承受的最大载荷。构件所能允许承受的最大载荷。Determine the allowable load8The dangerous section implies that the section has the largest working stress and the lowest allowable strength.工作应力工作应力 大、许用应力大、许用应力 小的小的截面截面。处处满足强度条件处处满足强度条件 危险截面满足强度条件危险截面满足强度条件。若各段材料相同若各段材料相同,同同,危险截面只有危险截面只有AB、CD段。段。CD与与BC材料同材料同,FN
10、小;面积小;面积ACD也小;也小;CD可大;可大;故各段均可能为危险截面,都需要校核。故各段均可能为危险截面,都需要校核。BC段:与段:与AB段同面积,段同面积,NBC NAB,BC AB;但;但 铜铜 钢钢;如:杆如:杆AB段为钢制,段为钢制,BC和和 CD为铜制。轴力如图。为铜制。轴力如图。ACBD9kN15kN10kN4kN9kN6kN4kN-+向AB段:轴力最大,段:轴力最大,AB大;大;Dangerous section9Example 6.2 shown in the figure,member 1 is made from steel and its cross section
11、A1=6cm2,allowable strength steel=120MPa.Member 2 is made from wood and its cross section A2=100cm2,wc=15MPa;try to determine the allowable load Fmax for the structure.FFF解解:1)研究研究C点,列点,列求各杆内力:求各杆内力:Fy=F2cos-F=0 Fx=F2sin-F1=0 得:得:F2=5F/4 (压力压力);F1=3F/4 (拉力拉力)3m4m杆杆1杆杆2CF2)由由确定许用载荷确定许用载荷:对于钢杆对于钢杆1,有,有
12、 F1 A1 钢钢,即,即:3F/4 120106610-4 F钢钢 96103N 对于木杆对于木杆2,有,有 F2 A2 木木压压,即,即:5F/4 1510610010-4 F木木 120103NC10Example 6.3 Inner diameter of a steel bolt is 12mm,pitch of the bolt is 1mm,Youngs modulus Es=210GPa;Aluminum sleeve has a length 500mm and youngs modulus EL=70GPa,its external diameter is 30mm and
13、 internal diameter is 20mm.Allowable strengths for steel and aluminum are s=200GPa and L=70GPa,respectively.After the bolt was assembled perfectly,its nut was tightened a quarter circle again.Examine the strengths of the bolt and the sleeve.2)有:有:S+L=,-(2)=11/4=0.25mm 是拧紧是拧紧1/4圈所移动的距离。圈所移动的距离。150mmL
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