構(gòu)件受力變形及其應(yīng)力分析PPT課件

1、1特點：特點：直桿；所受外力的合力與桿軸線重合；沿軸線方向發(fā)生直桿；所受外力的合力與桿軸線重合；沿軸線方向發(fā)生伸長或縮短變形伸長或縮短變形6.2 直桿的軸向拉伸與壓縮直桿的軸向拉伸與壓縮一一. 直桿軸向拉伸或壓縮時的內(nèi)力和應(yīng)力直桿軸向拉伸或壓縮時的內(nèi)力和應(yīng)力應(yīng)力為正應(yīng)力為正應(yīng)力為負應(yīng)力為負第1頁/共63頁2二二. 材料在軸向拉伸或壓縮時的機械性質(zhì)材料在軸向拉伸或壓縮時的機械性質(zhì)力力變形變形彈性變彈性變形階段形階段屈服屈服階段階段強化強化階段階段局部變局部變形階段形階段第2頁/共63頁3應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)變彈性彈性極限極限屈服屈服極限極限強度強度極限極限第3頁/共63頁4三三. 強度條件強度條件NA

2、強度公式強度公式：塑性材料塑性材料: :屈服極限屈服極限s 做為做為破壞破壞的極限應(yīng)力的極限應(yīng)力脆性材料脆性材料: :強度極限強度極限b作為作為破壞破壞的極限應(yīng)力的極限應(yīng)力bs靜載常溫下延伸率小于靜載常溫下延伸率小于5的材料的材料玻璃、灰鑄鐵玻璃、灰鑄鐵靜載常溫下延伸率大于靜載常溫下延伸率大于5的材料的材料結(jié)構(gòu)鋼、硬鋁結(jié)構(gòu)鋼、硬鋁第4頁/共63頁5四四. 受拉（壓）桿件的變形受拉（壓）桿件的變形NllEA 剛度公式剛度公式：(虎克定律虎克定律)E應(yīng)力和應(yīng)變公式應(yīng)力和應(yīng)變公式：彈性模量彈性模量E第5頁/共63頁6(例例6-1)：在圖示的階梯桿中，已知在圖示的階梯桿中，已知FA=10kN， FB=

3、20kN， l =100mm，AB段與段與BC段的橫截面面積分別為段的橫截面面積分別為AAB=100mm2, ABC=200mm2,材料的彈性模量材料的彈性模量E=200GPa。試求桿的總伸長。試求桿的總伸長量及端面量及端面A與與D-D截面間的相對位移。截面間的相對位移。1122第6頁/共63頁7(例例6-2)：兩鋼桿各長兩鋼桿各長50mm，用鉸鏈聯(lián)接，如圖所示，用鉸鏈聯(lián)接，如圖所示，B點作點作用有向下的垂直力用有向下的垂直力F，F(xiàn)=980N， =164MPa， E=205.8GPa, 在未受力前在未受力前 =30 。求兩桿橫截面尺寸及。求兩桿橫截面尺寸及B點的撓度（垂直位點的撓度（垂直位移量

4、）。移量）。第7頁/共63頁8(習(xí)題習(xí)題6-8)：如圖所示為一階梯形鋼桿，如圖所示為一階梯形鋼桿，AC段的截面面積為段的截面面積為AAB=ABC=500mm2， CD段的截面面積為段的截面面積為ACD=200mm2。桿的各段。桿的各段長度及受力情況如圖所示。已知鋼桿的彈性模量長度及受力情況如圖所示。已知鋼桿的彈性模量E=20104MPa，其許用應(yīng)力其許用應(yīng)力 =100MPa。試求：。試求：（1）各段桿橫截面上的內(nèi)力和）各段桿橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力；（應(yīng)力；（2）校核鋼桿的強度；（）校核鋼桿的強度；（3）桿的總長度變形。）桿的總長度變形。RA112233D第8頁/共63頁9(習(xí)題習(xí)題6-1)：用截

5、面法求如圖所示桿件各段截面的內(nèi)力用截面法求如圖所示桿件各段截面的內(nèi)力(習(xí)題習(xí)題6-2)：已知等截面直桿面積已知等截面直桿面積A=500mm2,受軸向力作用如圖受軸向力作用如圖所示，所示，F(xiàn)1=1000N， F2=2000N， F3=2000N。試求桿各段的內(nèi)。試求桿各段的內(nèi)力和應(yīng)力。力和應(yīng)力。ABCDABCDABCDRA第9頁/共63頁10(習(xí)題習(xí)題6-3)：一個總重一個總重W=1200N的電機，采用的電機，采用M8吊環(huán)螺釘（螺紋吊環(huán)螺釘（螺紋大徑為大徑為8mm，小徑為，小徑為6.4mm），如圖所示。其材料是），如圖所示。其材料是Q235鋼，鋼，許用應(yīng)力許用應(yīng)力 =40MPa。試校核吊環(huán)螺釘?shù)?/p>

6、強度（不考慮圓環(huán)部分。試校核吊環(huán)螺釘?shù)膹姸龋ú豢紤]圓環(huán)部分重量）。重量）。第10頁/共63頁11(習(xí)題習(xí)題6-4)：一鋼制階梯形直桿，其受力如圖所示，已知一鋼制階梯形直桿，其受力如圖所示，已知 =260MPa，各段截面面積分別為，各段截面面積分別為A1=A3=300mm2， A2=200mm2， E=20104MPa。試求：試求：（1）各段的軸向力為多）各段的軸向力為多少？最大軸向力發(fā)生在哪一段內(nèi)？桿的強度是否安全？（少？最大軸向力發(fā)生在哪一段內(nèi)？桿的強度是否安全？（2）計）計算桿的總變形。算桿的總變形。RA332211ABCD第11頁/共63頁12(習(xí)題習(xí)題6-5)：如圖所示為一托架，如圖所

7、示為一托架，AC是圓桿。許用應(yīng)力是圓桿。許用應(yīng)力 AC=160MPa， BC是方桿，其許用應(yīng)力是方桿，其許用應(yīng)力 BC=4MPa， F=60KN, 試確定圓鋼桿橫截面的直徑試確定圓鋼桿橫截面的直徑d及木桿方截面的邊長及木桿方截面的邊長b。第12頁/共63頁13(習(xí)題習(xí)題6-6)：如圖所示為一吊架，如圖所示為一吊架，AB是木桿，是木桿， 其截面面積其截面面積AAB=104mm2，許用應(yīng)力，許用應(yīng)力 AB=7MPa； BC為鋼桿，為鋼桿， ABC=600mm2，許用應(yīng)力許用應(yīng)力 BC=160MPa； 試求試求B處可吊的最大許可載荷處可吊的最大許可載荷F。第13頁/共63頁14(習(xí)題習(xí)題6-7)：氣

8、動夾具如圖所示。已知氣缸內(nèi)徑氣動夾具如圖所示。已知氣缸內(nèi)徑D=140mm，氣，氣壓壓p=0.6MN/m2，活塞材料為，活塞材料為20號號鋼，其鋼，其許用應(yīng)力許用應(yīng)力 =80MPa。試設(shè)計活塞桿的直徑試設(shè)計活塞桿的直徑d(活塞桿的直徑遠小于活塞的直徑活塞桿的直徑遠小于活塞的直徑)。第14頁/共63頁156.3 剪切剪切一一. 剪切作用的特點剪切作用的特點特點特點：一對一對大小相等大小相等、方向相反方向相反的力作用在物體的兩側(cè)，兩力作的力作用在物體的兩側(cè)，兩力作用線間的距離用線間的距離相距很近相距很近，物體受上述兩力作用后，受剪面發(fā)生相，物體受上述兩力作用后，受剪面發(fā)生相對錯動，成為對錯動，成為剪

9、切剪切；第15頁/共63頁16二二. 剪切強度計算剪切強度計算 QFQA剪切強度公式剪切強度公式：Q第16頁/共63頁17三三. 擠壓強度計算擠壓強度計算dtAAFjyjyjyjyjy擠壓強度公式：擠壓強度公式：第17頁/共63頁18(例例6-3)：圖示銷釘聯(lián)接中，若已知圖示銷釘聯(lián)接中，若已知F=20KN，t= 10mm，銷釘，銷釘材料的許用剪應(yīng)力材料的許用剪應(yīng)力 =60MPa， jyjy=160MPa。試求所需銷釘。試求所需銷釘?shù)闹睆降闹睆絛。第18頁/共63頁19(例例6-4)：沖床將鋼板沖出直徑?jīng)_床將鋼板沖出直徑d=25mm的圓孔，鋼板厚度的圓孔，鋼板厚度t=10mm。剪切極限應(yīng)力。剪切

10、極限應(yīng)力 b b=300MPa，試求所需的沖裁力，試求所需的沖裁力F。tt第19頁/共63頁20(附加習(xí)題附加習(xí)題1)：沖床的最大沖力沖床的最大沖力F=4105N，沖頭材料的許用應(yīng)，沖頭材料的許用應(yīng)力力 =440MPa，被沖剪的板的剪應(yīng)力，被沖剪的板的剪應(yīng)力 =360MPa，求在最大沖求在最大沖力作用下所能沖剪的圓孔的最小直徑力作用下所能沖剪的圓孔的最小直徑d和板的最大厚度和板的最大厚度t 。t第20頁/共63頁21(習(xí)題習(xí)題6-9)：拖車掛鉤靠銷釘來聯(lián)接，如圖所示，已知銷釘材料拖車掛鉤靠銷釘來聯(lián)接，如圖所示，已知銷釘材料的的許用許用剪切力剪切力 =20MPa，拖車的拉力，拖車的拉力F=151

11、03N，試選擇銷試選擇銷釘?shù)闹睆结數(shù)闹睆絛。第21頁/共63頁22(習(xí)題習(xí)題6-10)：一螺栓聯(lián)接如圖所示。已知外力一螺栓聯(lián)接如圖所示。已知外力F=200103N，螺，螺栓的許用栓的許用剪切力剪切力 =80MPa。試求螺栓所需的直徑試求螺栓所需的直徑d。第22頁/共63頁23(習(xí)題習(xí)題6-11)：在厚度在厚度t=5mm的薄鋼板上，沖出一個如圖所示形狀的薄鋼板上，沖出一個如圖所示形狀的孔，鋼板的極限剪應(yīng)力的孔，鋼板的極限剪應(yīng)力 b b=320MPa，求沖床必須具有的沖力，求沖床必須具有的沖力F。第23頁/共63頁246.4 圓軸扭轉(zhuǎn)圓軸扭轉(zhuǎn)一一. 圓軸扭轉(zhuǎn)的變形特征圓軸扭轉(zhuǎn)的變形特征縱向線縱向線

12、圓周線圓周線（1）各各縱向線縱向線傾斜了同一傾斜了同一微小角度微小角度，正方形格子歪斜成，正方形格子歪斜成菱形菱形；（2）各）各圓周線圓周線圍繞軸線旋轉(zhuǎn)一個圍繞軸線旋轉(zhuǎn)一個微小的角度微小的角度 ，圓周線長度、形，圓周線長度、形狀及距離沒變；狀及距離沒變；第24頁/共63頁25二二. 扭矩和扭矩圖扭矩和扭矩圖第25頁/共63頁26(例例6-5)：一等圓截面?zhèn)鲃虞S如圖所示，其轉(zhuǎn)速一等圓截面?zhèn)鲃虞S如圖所示，其轉(zhuǎn)速n=300r/min。主動輪。主動輪A的的輸入功率輸入功率PA=221kW。從動輪。從動輪B、C的輸出功率的輸出功率PB=148kW， PC=73kW，試求軸上各截面的扭矩，并作扭矩圖。（外

13、力偶矩的計算公式為試求軸上各截面的扭矩，并作扭矩圖。（外力偶矩的計算公式為M=9549Pk/n，式中：，式中：Pk為功率，為功率，n為轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速）TACTAB第26頁/共63頁27三三. 圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力 dx dABCO第27頁/共63頁28三三. 圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力dd xmaxtTITW22AAdTGdAdxIdA令 AdAdxdGT 2dxdGG Ip 橫截面的極慣性矩橫截面的極慣性矩第28頁/共63頁29(例例6-6)：一傳動軸如圖所示，轉(zhuǎn)速一傳動軸如圖所示，轉(zhuǎn)速n=208r/min。主動輪。主動輪B的輸入功率的輸入功率PB=6kW。兩個從動輪。兩個從動

14、輪A、C的輸出功率的輸出功率PA=4kW， PC=2kW，已知軸，已知軸的許用剪切力的許用剪切力 =30MPa，許用扭轉(zhuǎn)角，許用扭轉(zhuǎn)角 =1 /m，剪切彈性模量，剪切彈性模量G=8104MPa，試按強度條件和剛度條件設(shè)計軸的直徑，試按強度條件和剛度條件設(shè)計軸的直徑d。9549PMn第29頁/共63頁30(習(xí)題習(xí)題6-12)：做圖示軸的扭矩圖做圖示軸的扭矩圖。第30頁/共63頁31(習(xí)題習(xí)題6-13)：直徑為直徑為75mm的等截面軸上裝有四個皮帶輪，作用在皮帶的等截面軸上裝有四個皮帶輪，作用在皮帶輪上的外力偶矩如圖所示。已知：輪上的外力偶矩如圖所示。已知：G=8104MPa，要求，要求（1）作扭

15、矩圖；）作扭矩圖；（2）求每段內(nèi)的最大剪應(yīng)力；（）求每段內(nèi)的最大剪應(yīng)力；（3）求軸的總扭轉(zhuǎn)角）求軸的總扭轉(zhuǎn)角。第31頁/共63頁32(習(xí)題習(xí)題6-14)：一鋼制階梯狀軸如圖所示，已知一鋼制階梯狀軸如圖所示，已知M1=10kN.m， M2=7kN.m， M3=3kN.m。試計算最大剪應(yīng)力。試計算最大剪應(yīng)力。第32頁/共63頁33(習(xí)題習(xí)題6-15)：某機器的傳動軸如圖所示，轉(zhuǎn)速某機器的傳動軸如圖所示，轉(zhuǎn)速n=5r/s，主動輪的，主動輪的輸入功率輸入功率N1=367kW。三個從動輪的輸出功率。三個從動輪的輸出功率N2=N3=110kW， N4=147kW。 =40MPa，許用扭轉(zhuǎn)角，許用扭轉(zhuǎn)角 =

16、0.3 /m，剪切彈性模，剪切彈性模量量G=80GPa，試設(shè)計軸的直徑，試設(shè)計軸的直徑d。第33頁/共63頁346.5 梁的平面彎曲梁的平面彎曲縱對稱面縱對稱面特點：特點：等直梁；截面有等直梁；截面有對稱對稱軸線；外力或外力偶矩在桿件的軸線；外力或外力偶矩在桿件的縱對稱面縱對稱面內(nèi)；變形后在縱對稱面內(nèi)成一條平面曲線。內(nèi)；變形后在縱對稱面內(nèi)成一條平面曲線?？v對稱面縱對稱面第34頁/共63頁35梁的基本類型梁的基本類型簡支梁簡支梁懸臂梁懸臂梁外伸梁外伸梁第35頁/共63頁36RB一一. 梁彎曲時的內(nèi)力：梁彎曲時的內(nèi)力：QMRARB剪力與彎矩剪力與彎矩RAQM第36頁/共63頁37一一. 梁彎曲時的

17、內(nèi)力：梁彎曲時的內(nèi)力：剪力與彎矩的方向剪力與彎矩的方向順時針順時針Q為正為正逆時針逆時針Q為負為負凹向上凹向上M為正為正凹向下凹向下M為負為負第37頁/共63頁38(例例6-8)：如圖所示為一受集中力如圖所示為一受集中力F作用的簡支梁。設(shè)作用的簡支梁。設(shè)F、l及及a均均已知，試列出剪力方程式與彎矩方程式，并繪剪力圖與彎矩圖已知，試列出剪力方程式與彎矩方程式，并繪剪力圖與彎矩圖。RARBRARBQ(x1)M(x1)Q(x2)M(x2)第38頁/共63頁39(習(xí)題習(xí)題6-17)：試列如圖所示各梁的剪力方程及彎矩方程，并作剪試列如圖所示各梁的剪力方程及彎矩方程，并作剪力圖和彎矩圖。力圖和彎矩圖。MA

18、RAxRAyMARAxRAyRAxRAyRBRARB第39頁/共63頁40(習(xí)題習(xí)題6-17)：試列如圖所示各梁的剪力方程及彎矩方程，并作剪試列如圖所示各梁的剪力方程及彎矩方程，并作剪力圖和彎矩圖。力圖和彎矩圖。Fa3FaFF/2F/2RA=0RB=0第40頁/共63頁41RARBRARBRARC(習(xí)題習(xí)題6-17)：試列如圖所示各梁的剪力方程及彎矩方程，并作剪試列如圖所示各梁的剪力方程及彎矩方程，并作剪力圖和彎矩圖。力圖和彎矩圖。第41頁/共63頁42(習(xí)題習(xí)題6-17)：試列如圖所示各梁的剪力方程及彎矩方程，并作剪試列如圖所示各梁的剪力方程及彎矩方程，并作剪力圖和彎矩圖。力圖和彎矩圖。3q

19、a/4qa/4F/23F/2qa/25qa/2第42頁/共63頁43二二. 梁彎曲時的應(yīng)力及強度計算梁彎曲時的應(yīng)力及強度計算MM橫線橫線變形方面變形方面中性軸中性軸中性層中性層縱向線縱向線第43頁/共63頁44MM變形方面變形方面中性層中性層第44頁/共63頁45yzMyImaxmaxzMyMIW靜力學(xué)方面靜力學(xué)方面抗彎截面模量抗彎截面模量WmaxzIWy第45頁/共63頁46(習(xí)題習(xí)題6-16)：如圖所示為一受均布載荷的梁，其跨度如圖所示為一受均布載荷的梁，其跨度l200mm，梁截面的直徑梁截面的直徑d25mm，許用彎曲應(yīng)力許用彎曲應(yīng)力 =150MPa。試問沿梁。試問沿梁每米長度上可能承受的

20、最大載荷每米長度上可能承受的最大載荷q為多少？為多少？RARB第46頁/共63頁47(習(xí)題習(xí)題6-18)：如圖所示外伸梁由如圖所示外伸梁由25a工字鋼制成，其跨度工字鋼制成，其跨度l6m，全梁上受均布載荷全梁上受均布載荷q作用，為使支座處截面作用，為使支座處截面A、B及跨度中央截面及跨度中央截面C上的最大正應(yīng)力均為上的最大正應(yīng)力均為140MPa，W=401.88cm3。試求外伸部分的。試求外伸部分的長度長度a及載荷集度及載荷集度q？RARB第47頁/共63頁48三三. 梁彎曲時的變形及剛度計算梁彎曲時的變形及剛度計算v撓曲線撓曲線v(x)第48頁/共63頁49第49頁/共63頁50第50頁/共

21、63頁51(例例6-9)：圖示為一簡支梁，受集中力圖示為一簡支梁，受集中力F及均布載荷及均布載荷q作用。已知作用。已知抗彎剛度為抗彎剛度為EI， F=ql/4。試用疊加法求。試用疊加法求C點上的撓度。點上的撓度。第51頁/共63頁52(例例6-10)：有一儀器中用的片彈簧如圖所示。片簧有效長有一儀器中用的片彈簧如圖所示。片簧有效長l50mm。工作載荷。工作載荷F=5.9N。要求自由端在集中載荷。要求自由端在集中載荷F的作用的作用下，片簧端點撓度下，片簧端點撓度v=2mm。材料為錫青銅，。材料為錫青銅，E=112700MPa， =147MPa，設(shè)計此片彈簧的寬度設(shè)計此片彈簧的寬度b及厚度及厚度h

22、。第52頁/共63頁53(習(xí)題習(xí)題6-19)：試用疊加法求圖示梁試用疊加法求圖示梁A截面的撓度及截面的撓度及B截面的轉(zhuǎn)角，截面的轉(zhuǎn)角，抗彎剛度抗彎剛度EI均為常量。均為常量。第53頁/共63頁54(習(xí)題習(xí)題6-20)：試用疊加法求圖示外伸梁自由端試用疊加法求圖示外伸梁自由端C處的撓度。已知處的撓度。已知l，F(xiàn)，M=2Fl，抗彎剛度，抗彎剛度EI為常量。為常量。第54頁/共63頁556.6 復(fù)雜變形時的強度計算復(fù)雜變形時的強度計算壓縮正應(yīng)力壓縮正應(yīng)力彎曲正應(yīng)力彎曲正應(yīng)力一一. 彎曲與拉伸（彎曲與拉伸（壓縮壓縮）的聯(lián)合作用）的聯(lián)合作用合成正應(yīng)力合成正應(yīng)力RAyRBRAxRAFN第55頁/共63頁5

23、6二二.彎曲與彎曲與扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用的聯(lián)合作用RARB強度條件公式：強度條件公式：(最大剪應(yīng)力理論最大剪應(yīng)力理論) 22maxMTW第56頁/共63頁57(例例6-11)：平面磨床磨輪軸工作時受力情況如圖所示，平面磨床磨輪軸工作時受力情況如圖所示， F1=196N， F2=78.4N， 軸的直徑軸的直徑d20mm ，材料的許用應(yīng)力，材料的許用應(yīng)力 =49MPa， 試用最大剪應(yīng)力理論校核強度。試用最大剪應(yīng)力理論校核強度。F1F1F2F1F2T=F2R(T)-F2R第57頁/共63頁58(例例6-12)：圖示的壓力機，工作時床身立柱受力圖示的壓力機，工作時床身立柱受力 F=1.6106N，偏心距偏心距 e535mm。床身是灰鑄件，考慮到工作情況，材料的許。床身是灰鑄件，考慮到工作情況，材料的許用應(yīng)力用應(yīng)力 壓壓=80MPa， 拉拉=28MPa，其主要數(shù)據(jù)如圖所