工程力学-弯曲应力
M
O1
1
1
dq
r
2
M
但各自绕中性轴转过一个角 度,形成一夹角,为 dq ;
设中性层曲率半径为 r。 取坐标轴:y 轴,z 轴。
O2
2
O z
y 轴与截面对称轴重合; z 轴与中性轴重合(位置未定)。
上海应用技术学院
y
距中性层为 y 处纵向纤维 ab的变形:
1 O1
dx
2 O2
9
弯曲前: ab = O1O2 = dx
上海应用技术学院
6
1
2
c
O1
d
O2
a
1 1 2
b
2
M
d
O2
c
O1
a
1
b
2
O z y
由变形的连续形可知:
从伸长到缩短的过程中,必存在一 层纵向纤维既不伸长也不缩短,保 持原来的长度。 中性层:由既不伸长也不缩短的纵 M 向纤维组成。 中性轴:中性层与梁横截面的交线。 中性轴垂直于梁横截面的纵向对称轴。 a
α d D
π 64 D
4
π 64
d
4
πD
4
(1 α )
4
64
D
πD
4
C d z
Wz
Iz ymax
(1 α ) D 2
4
64
πD
3
(1 α )
4
32
y
上海应用技术学院
二、平行轴定理
21
已知:A、Iz0、Iy0 求:Iz、Iy
解: y = y0 + a z = z0 + b Cy0z0:过形心直角坐标系
∫AdA = A
∴ Iz = Iz0 + a2A
同理得: Iy = Iy0 + b2A
上海应用技术学院
即:截面对任一坐标轴 z 的惯性矩 Iz,等于对其平行形心轴 z0 的惯性矩 Iz0 加上截面面积与两轴间距离平方的乘积。
已知:d、m
求:Iz 解:
I z0
22
z
64 d
4
m
64
m )
2
令 Wz = Iz /ymax ,称 Wz 为横截面的抗弯截面系数。
∴
σmax M Wz
四、公式适用条件 1. 纯弯曲:平面假设条件下; 2. 弹性范围内,且 Ec = Et 3. 对称弯曲,y 轴为梁横截面的纵向对称轴。 ∴ 公式
上海应用技术学院
1 ρ
M EI z
、
σ
My Iz
、
σmax
1. 定 义: Iz = ∫A y2dA,为图形A 对 z 轴的惯性矩。 Iy = ∫A z2dA,为图形A 对 y 轴的惯性矩。
18
2. 分析讨论
(1) dA>0, y2、z2>0, ∴ Iz 、Iy >0,单位:m4,cm4,mm4 (2) 若 A = A1+ A2 + · + An · · 则: Iz = IzA1+ IzA2 + · + IzAn = S IzAi · · Iy = IyA1+ IyA2 + · + IyAn = S IyAi · · 为组合图形的惯性矩公式。
2
C
D
FS F 梁在弯曲变形的同时产生剪切变形。 ㊉ 如简支梁的AC、BD段。 在梁的CD段中:FS = 0,M = 常量 M 即只有M 存在,没有剪力作用,称 为纯弯曲。
上海应用技术学院
㊀
x
–F
㊀
x –Fa
–Fa
§11–2 对称弯曲正应力
纯弯曲:FS = 0,梁横截面上没有t,只有s 。 F 一、矩形横截面梁纯弯曲实验研究 纯弯曲实验:万能材料实验机上进行。
σmax M Wz 20 10
3 4
1.85 10
108.1MPa
(4)计算梁轴的曲率半径r
由
1
r
M EI z
有 r
EI z M
200 10 1.66 10 20 10
3
9
5Leabharlann 166m上海应用技术学院
§11–3 惯性矩与平行轴定理
一、简单截面的惯性矩
σE y ρ (b )
ε y ρ
10
(a)
M
O1
1
dq
r
2 O2
M
a
1
y
b
2
为横截面上正应力分布规律。
O z
y
式中 E、r 为常数,
(b)式表示:横截面上某点的正应力与该点离中性层的距离 y 成 正比。 即横截面上正应力沿高度呈线性分布。
上海应用技术学院
M
O z y
O1
1
dq
r
2
O2
11
M
a
1
箱形截面的惯性矩:
由组合图形的惯性矩公式:
I z I z A1 I z A2
1 Wz Iz ymax 12
1 12
3
B b
bh
3
20
BH
3
1 12
H
3 3
C h
z
BH H 2
1 12
bh
3
1 6H
( BH bh )
y
空心圆截面的惯性矩:
I z I z A1 I z A2
Dab ab
ydq
rdq
y
r
O z
为横截面上正应变分布规律。
y (a) 式表示:纵向纤维的正应变与其离中性层的距离 y 成正比。 在一定的 M 作用下,r 为常数, y |, | 。
上海应用技术学院
中性层下方,y 为正值, 也为正值,表示为拉应变; 中性层上方,y 为负值, 也为负值,表示为压应变。 2. 物理关系 ——正应力分布规律 纵向纤维 间无相互挤压,ab单 向受拉(压), 由s =E ,将 (a)式带入,得
d C z0 y b z
∴ I z I z 0 m2 A
d m
4
2
4
d
2
d
2
( d 4 16
1
2
已知:h、b
求:Iz 解: I I a 2 A z z0
上海应用技术学院
h
h
2
C z0
bh ( ) bh 12 2
1 3 bh
3
1
3
y
求:图示图形对形心轴 z 的惯性矩 Iz。单位:cm
y
b
2
中性层下方,y 为正值, s 也为正值,表示为拉应力; 中性层上方,y 为负值, s 也为负值,表示为压应力。 y =0 (中性轴上),s = 0 ; y |max (上、下表层), s max 。
σE y ρ (b )
由(b)式可得s 的分布规律,但因r 的数值未知,中性轴的位置未确定, y 无从算起,所以仍不能计算正应力,用静力学关系解决。
1
5
1
2
c
O1
d
O2
a
1 1 2
b
2
M
d
O2
c
O1
b
2
3. 在伸长区,梁宽度减小, 在缩短区,梁宽度增加。 与轴向拉、压时变形相似。
上海应用技术学院
O z y
二、假设 1. 梁弯曲平面假设 梁弯曲变形后,横截面仍保持为平 面,并仍与已变弯后的梁轴线垂直, 只是绕该截面内某轴转过一个微小 M 角度。 2. 单向受力假设 设想梁由许多层纵向纤维组成,弯 曲时各纵向纤维处于单向受拉或单 向受压状态。 由实验现象和假设可推知: 弯曲变形时: 靠近梁顶面的纵向纤维受压、缩短; 靠近梁底面的纵向纤维受拉、伸长。
上海应用技术学院
§11–1 引 言
一、梁横截面上的内力和应力的对应关系 t = f1 (FS) 切应力仅与剪力有关 s = f2 (M) 正应力仅与弯矩有关 二、纯弯曲概念(Pure Bending) 若 FS = FS(x) 同时存在, M = M(x) 称为横力弯曲或剪切弯曲。 A a F F a B
My
E
y
r
Ey
EI z
表示:梁横截面上的 s 与 M 成正比,与 Iz 成 Iz 反比,沿截面高度呈线性分布。 中性轴上:y =0 , s = 0 ; 上、下表层: y |max , s |max 。
上海应用技术学院
s 的方向可由梁的变形直接判定: s (–)
M M
15
s (+)
∴ I p A r 2dA A ( y 2 z 2 )dA
A y dA A z dA 2 2
Iz I y
32
d
4
d
1 2 Ip
C
∵ Iz = Iy
Wz
上海应用技术学院
∴ Iz I y
d
4
64
d
4
64
d 2
32
z dA
r y
z
d
3
y
上海应用技术学院
矩形截面的惯性矩: 取微面积 dA:bdy ∴ I z A y 2dA
Wz 1 12 bh
3
b/2 h/2
b/2
19
h/2 h / 2
2 y bdy
2
1 12
bh
3
C
h/2 y