材料力学 10组合变形
FTC = FTD = FT1 + FT 2 = 7kN
M eC = M eD
=
(FT1
−
FT 2
)
D 2
=
750N ⋅ m
弯扭组合变形
(2) 作内力图 确定B截面为危险截面
(3) 强度计算
σ r4
=
1 Wz
M 2 + 0.75T 2 ≤ [σ ]
⇒ πd 3 ≥ 32
M 2 + 0.75T 2
[σ ]
FTC = FTD = FT1 + FT 2 = 7kN
M eC = M eD
=
(FT1
−
) FT 2
D 2
=
750N ⋅ m
扭转与弯曲组合变形
(2) M eC , M eD 作用下的扭矩图 (3) FTC 作用下的弯矩图
(4) FTD 作用下的弯矩图
(5) 总弯矩图
M=
M
2 z
+
M
2 y
第10章 组合变形
σ A = −σ N −σ M y − σ M z = −2.625MPa σ B = −σ N + σ M y − σ M z = −1.375MPa σ E = −σ N + σ M y + σ M z = 1.625MPa σ D = −σ N − σ M y + σ M z = 0.375MPa
σ max min
=
−
FN max A
±
M max Wz
例1.挡土墙
x截面任意点应力:
σ = − N(x) ± M (x) y
A
Iz
挡土墙底部截面轴力和弯矩最大,
为危险截面,其最大和最小应力为:
σ max min
=
−
N max A
±
M max Wz
强度条件:
σ
± max
=
−
N max A
±
M max Wz
之,这类构件的变形称为组合变形。
P
P
z
R
x
M
y
P
二、组合变形的研究方法 —— 叠加原理 叠加条件:小变形、线弹性范围
①外力分析:外力向形心简化,并沿主惯性轴分解 ②内力分析:求每个外力分量对应的内力方程和内力图,确
定危险面。
③应力分析:画危险面应力分布图,叠加,建立危险点的强 度条件。
例2-15 图示烟囱 ρg = 18 kN m3 , q = 1kN m
≤ [σ t ] [σ c ]
X
(d) q(x)
(e)
M(x) (f) N(x)
(C)
(d)
σ N
(e)
σ M
(f)
σ
=σ
+σ
N
M
二、偏心拉伸(压缩)
单向偏心拉压
1、单向偏心拉伸(压缩)
双向偏心拉压
偏心荷载作用在横截面 的某一对称轴上
偏心拉压属于轴向拉压 与弯曲的组合变形
内力:N=P, M=Pe
作自重单独作用时的轴力图
(3) 风载单独作用时的剪力方程和弯矩方程
FS (x) = qx,
M (x) = qx2 2
作风载单独作用时的剪力图和弯矩图
例2-16 图示圆截面传动轴AD,D = 500mm, FT1 = 5kN, FT 2 = 2kN, 试画出轴AD的内力图。
解:
(1) 受力分析
作计算简图
应力: σ=σ N
+σM
=
−
N A
±
M⋅y Iz
强度条件:σ max
min
=
−
P A
±
Pe Wz
≤
[σ
± ];
e
ze
p
b
O
+
-
y
h
h
例2 图示不等截面与等截面杆,受力P=350kN,试分别求出两柱
内的绝对值最大正应力。 例10-3 解:两柱均为压应力
P
P
200 200 300
200 200
图(1)
第10章 组合变形
§2–4 组合变形的内力和内力图 §2–5 静定平面刚架的内力 内力图 §10–1 拉(压)和弯曲组合变形 §10–2 斜弯曲 §10–3 弯扭组合变形
§10–3 弯扭组合变形 曲柄ABC
研究AB杆 (1)受力分析,作计算简图
作内力图
确定危险截面:A截面
(2)应力分析
危险点:a点、b点
第10章 组合变形
§2–4 组合变形的内力和内力图 §2–5 静定平面刚架的内力 内力图 §10–1 拉(压)和弯曲组合变形 §10–2 斜弯曲 §10–3 弯扭组合变形
§2–4 组合变形杆件的内力
一、组合变形 :在复杂外载作用下,构件的变形会包含几种简 单变形,当几种变形所对应的应力属同一量级时,不能忽略
③应力分析:建立强度条件。
σ r3 =
M
2 y
+
M
2 z
+
T
2
≤ [σ ]
W
σr4 =
M
2 y
+
M
2 z
+
0.75T
2
≤ [σ ]
W
例10-6 图示圆截面传动轴AD,D = 500mm, FT1 = 5kN,
FT 2 = 2kN, [σ ] = 160MPa
试按照第四强度理论设计该轴的直径。
解: (1) 受力分析 作计算简图
σ A = −σ N −σ My −σMz = −2.625MPa σ B = −σ N +σMy −σ Mz = −1.375MPa σ E = −σ N +σMy +σ Mz =1.625MPa σ D = −σ N −σ My +σMz = 0.375MPa
(2)作截面正应力分布图 确定中性轴位置 BG = σ B = 1.375 , BE = 80 ⇒ BG = 36.7mm GE σ E 1.625 AH = σ A = 2.625 , AD = 80 ⇒ AH = 70mm HD σ D 0.375
MMzy ((NNmm))
MT n ((NNmm))
Mn
MM ((NNmm)) MMmmaaxx
②每个外力分量对应 xX 的内力方程和内力图
Xx M y ( x) ; M z ( x) ; T ( x) ③叠加弯矩,并画图
xx
M (x)=
M
2 y
(
x)+M
2 z
(
x)
④确定危险面
xX
My
M
B1 T
σ r3 = σ 1 − σ 3 = σ 2 + 4τ 2=
M
2 max
W2
+
4
T2 WP2=
σ r3 =
M
2 y
+
M
2 z
+
T
2
≤ [σ ]
W
M
2 y
+
M
2 z
+T
2
W
[ ] σr4 =
1 2
(σ1
−σ 2 )2
+ (σ 2
−σ 3 )2
+ (σ3
−σ1 )2
= σ2+3τ2
=
M 2 + 0.75T 2 =
危险截面为截面C
σN
=
FN A
σM
=
M max Wz
[ ] σ max = FN ± M max [ ] σ min A Wz
≤ σt σc
例10-1 起重机的最大吊重 F = 12kN ,横梁为No.16工字钢,
[σ ] = 100MPa 试校核梁AB的强度。
解:(1)受力分析
FAx = 24kN FAy = 6kN FCx = 24kN FCy = 18kN
⇒ d ≥ 52mm
例5.
P1
80º P2 y
x
A 150
B 200 C 100 D
z
P1
80º P2 y
建立图示杆件的强度条件
A 150 P1
A 150
B 200
Mx B 200
解:①外力向形心
x
简化并分解
C 100 D z
y
P2y
Mx
x
P2z
CD
100
z
弯扭组合变形
MZ
My
((NN mm))
x B2Mz
σ xB1
⑤画危险面应力分布图,找危险点
σ xB1
τ B1
σ
xB1
=
M max W
τ B1
=
T WP
M
x
σ σ
1 3
=σ 2
±
(σ )2+τ 2 2
σ xB2 ⑥建立强度条件
τ B1
σ xB1
τ B1
σ r3 = σ 1 − σ 3 = σ 2 + 4τ 2
=
M2 max
W2
+
4
T2 WP2
σa
=
M max Wz
τa
=
Tmax WP
(3) 强度校核
按第三或第四强度理论 建立强度条件
[ ] σ r3 =
σ
2 a
+
4τ
2 a
≤
σ
[ ] σ r4 =
σ
2 a
+
3τ
2 a
≤
σ
圆形截面有 WP = 2Wz