工程力學剪切和擠壓

工程力學剪切和擠壓07八月20231武漢大學工程力學第1頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月20232武漢大學工程力學強度計算（1）校核強度

安全不安全有時也允許稍大于[]，但不能超過5%（2）選擇截面型鋼（工字鋼、槽鋼、角鋼）可查表選所需型鋼號碼（3）確定許可荷載桿件的最大軸力結構的最大許可荷載內力與外力關系上節(jié)回顧第2頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月20233武漢大學工程力學第7章剪切和擠壓的實用計算§7－1工程實際中的剪切變形和擠壓變形§7－2剪切的實用計算及強度條件§7－3剪切的實用計算及強度條件§7－4剪切和擠壓的實用計算第3頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月20234武漢大學工程力學泰坦尼克號沉沒內幕：48根鉚釘1912年4月15日，“泰坦尼克號”郵輪在大西洋上撞上冰山沉沒，導致1523人遇難。然而據美國科學家最新研究發(fā)現(xiàn)，“泰坦尼克號”之所以在兩小時后就發(fā)生沉沒，跟船上使用的一些不合格鉚釘有關。據悉，美國科學家福克博士通過檢查從泰坦尼克號殘骸上取出的48根崩口鉚釘后發(fā)現(xiàn)，這些熟鐵制成的鉚釘中含有9%的礦渣，這是一種玻璃狀物質，可以削弱金屬的性能！一般合格鉚釘中只有2%的礦渣含量。第4頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月20235武漢大學工程力學泰坦尼克號沉沒內幕：48根鉚釘?？宋杏奔s克郡鐵匠克里斯·托普按照同樣的成分制作了一批新鉚釘，科學家接著用這些鉚釘連接起了兩塊一英寸厚的鋼板———這些鋼板就像“泰坦尼克號”船體上的鋼板一樣。最后科學家開始在實驗室中施加壓力彎曲這些鉚在一起的鋼板，結果發(fā)現(xiàn)，當鋼板承受了4000公斤的壓力后，鉚釘頭就開始崩脫，導致被鉚上的鋼板發(fā)生分裂?？墒侨绻T釘中只有2%的礦渣，兩塊鋼板就可以承受9000公斤的負載！第5頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月20236武漢大學工程力學泰坦尼克號沉沒內幕：48根鉚釘?？瞬┦糠Q，當幾個“次品”鉚釘崩裂后，其他的合格鉚釘將承受更大的壓力，造成合格鉚釘也開始崩脫。?？瞬┦康难芯客品艘郧耙粋€流行的“泰坦尼克號”沉沒理論，該理論認為“泰坦尼克號”船體是用易碎的鋼鐵制成的，在冰山撞擊后不堪一擊，發(fā)生了破裂。?？瞬┦空f：“以前的這個理論毫無根據，顯然是錯誤的。”

第6頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月20237武漢大學工程力學泰坦尼克號沉沒內幕：48根鉚釘美國專家宣稱，如果這些鉚釘符合質量要求，那么“泰坦尼克號”完全可以在海上多堅持數(shù)小時，直等到救援船只的到來，而1523名遇難者也都能劫后生還，繼續(xù)活下來！第7頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月20238武漢大學工程力學§7－1工程實際中的剪切變形和擠壓變形在工程實際中,各個構件之間常用鉚釘、螺栓、銷子、鍵等連接件彼此相連而成，圖7.1-1（a）所示的壓力容器，其筒體用若干螺栓與基座和蓋板相連；圖7.1-1（b）所示的聯(lián)軸節(jié),它用四個螺栓將兩根軸相連.（a）壓力容器（b）聯(lián)軸節(jié)圖7.1-1第8頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月20239武漢大學工程力學圖7.1-1（c）飛機機翼鉚接結構。

第9頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月202310武漢大學工程力學通常，連接件的受力和變形都比較復雜，要精確地進行分析是很困難的，因而在工程上常采用“假定計算”的方法，即一方面對連接件的受力和應力分布進行簡化，計算其“名義應力”，實際上就是計算出平均應力；另一方面，對同類型的連接件進行破壞實驗，得到其破壞載荷，并用計算名義應力的公式計算出材料的破壞應力，然后建立相應的強度條件。實踐證明，這種處理方法不僅簡單，而且是安全可靠的。第10頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月202311武漢大學工程力學接頭的破壞形式

實驗證明：接頭受到拉伸和壓縮時有如下幾種破壞形式：（1）剪切破壞

圖7.1-2所示的接頭，其雙耳片與中間板用螺栓連接，當拉力P增大時，（如果耳片與中間板強度足夠）螺栓有可能沿著m-m和n-n兩個面剪斷。圖7.1-2剪切發(fā)生的條件：

只有當兩個力的作用線彼此很靠近，即二力作用線間的距離比桿的橫向尺寸小得很多時，剪切變形才成為主要變形形式。第11頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月202312武漢大學工程力學（2）擠壓破壞

除可能發(fā)生上述螺栓剪切破壞外，由于螺栓與耳片或中間板之間發(fā)生相互擠壓，當擠壓力過大時，可能螺栓被局部壓扁，或者孔變成橢圓形，且孔壁邊緣起“皺”，如圖7.1-3所示為中間板被擠壓破壞的情形。圖7.1-3第12頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）板或耳片被拉斷

當P力增大時，板或耳片可能沿被孔削弱的橫截面拉斷，如圖7.1-4所示的中間板被拉斷。圖7.1-4（4）板或耳片被剪豁

當板或耳片的邊距不夠時，有時會發(fā)生剪豁，如圖2.10-5所示的中間板被剪豁。設計時，如果保證邊距a≥2d（d為釘?shù)闹睆?，a為邊距），此破壞可以避免。圖7.1-5第13頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月202314武漢大學工程力學剪切和擠壓的實用計算(a)剪切強度條件:

將圖7.3-1中的螺栓取出作為自由體（圖7.3-1a），其上受到雙耳片接頭給螺栓的擠壓力①和②以及中間板給螺栓的擠壓力③；用截面法將螺栓沿兩個受剪面m-m和n-n切開，保留中間一段為自由體（圖7.3-1b），設受剪面上的內力為Q，由平衡條件得Q=P/2。圖7.3-1假定剪力Q在受剪面上均勻分布（圖7.3-1c），則得名義剪應力為：第14頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月202315武漢大學工程力學(a)剪切強度條件:圖7.3-1強度條件為:式中:A為螺栓的橫截面面積，[τ]為連接件的許用剪應力，其值等于螺栓的破壞應力除以安全系數(shù)n，安全系數(shù)n可在設計規(guī)范中查得。塑性材料：脆性材料：第15頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月(b)擠壓強度條件:圖7.3-2將圖中的中間板取出（圖7.3-2a），承受擠壓的面為半圓柱面，假定擠壓力Fb在半圓柱擠壓面上均勻分布。為求名義擠壓應力，在擠壓面上取微段面積t·ds（圖b），其上作用的的名義擠壓應力在P方向的投影為于是由P方向的平衡條件：得：式中Ab=dt（圖c中的陰影面積），恰為螺栓半圓柱擠壓面的投影面積，稱為名義擠壓面積。第16頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月(b)擠壓強度條件:圖7.3-2強度條件為：式中:[σbs]為許用擠壓應力，它等于連接件（螺釘）或被連接件（板）的擠壓破壞應力除以安全系數(shù)n。第17頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月07八月202318武漢大學工程力學(c)拉壓強度條件:圖7.3-3圖7.3-3所示的中間板，假定軸力在被孔削弱的危險截面a-a上均勻分布，則名義拉應力為以上三個強度條件都必須滿足，接頭才是安全的。強度條件為：第18頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月注意圖2.10-9中的鉚釘只有一個受剪面，稱為“單剪”；圖2.10-10中的螺釘有兩個受剪面，稱為“雙剪”；為了承受更大的載荷，連接件可以設計成多個受剪面。圖2.10-9圖2.10-10第19頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月例題2圖示鉚接接頭，承受軸向力P的作用，已知P=1.2kN，鉚釘直徑d=4mm，板厚t=2mm，板寬b=14mm，鉚釘許用剪應力[τ]=100MPa，許用擠壓應力[σbs]=300MPa，許用拉應力[σ]=160MPa，試校核接頭強度。

圖7.3-5解(1)剪切強度分析:

鉚釘?shù)拿x剪應力為(2)擠壓強度分析:

名義擠壓應力為(3)拉伸強度分析:

危險截面上的拉應力為根據以上分析，該接頭符合強度要求。第20頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月例題3圖示鉚接接頭受載荷P=80kN的作用，已知b=80mm，t=10mm，鉚釘直徑d=16mm，[τ]=100MPa，[σbs]=300MPa，[σ]=160MPa，試校核該接頭的強度，并畫出上板和下板的軸力圖。（假定四個鉚釘均勻受力）

圖7.3-6解(1)剪切強度分析:

鉚釘?shù)拿x剪應力為(2)擠壓強度分析:

名義擠壓應力為(3)拉伸強度分析:

危險截面上的拉應力為根據以上分析，該接頭符合強度要求。第21頁