名師講義【段樂珍】工程力學(xué)桿件的內(nèi)力與內(nèi)力圖

名師講義【段樂珍】工程力學(xué)桿件的內(nèi)力與內(nèi)力圖工程力學(xué)基本概念與原理?xiàng)U件內(nèi)力分析基礎(chǔ)桿件內(nèi)力圖繪制方法彎曲桿件內(nèi)力與內(nèi)力圖分析拉伸與壓縮桿件內(nèi)力與內(nèi)力圖分析扭轉(zhuǎn)桿件內(nèi)力與內(nèi)力圖分析目錄01工程力學(xué)基本概念與原理工程力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動規(guī)律及在工程實(shí)際中應(yīng)用的科學(xué)。主要研究各種工程材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)在受力、運(yùn)動和變形過程中的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和動力學(xué)問題。工程力學(xué)定義及研究對象研究對象工程力學(xué)定義力是物體間的相互作用，具有大小、方向和作用點(diǎn)三要素。力的性質(zhì)根據(jù)力的性質(zhì)和作用方式，可分為重力、彈力、摩擦力、電磁力等。力的分類力的性質(zhì)與分類平衡狀態(tài)物體在受到幾個(gè)力作用時(shí)，如果保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，則稱物體處于平衡狀態(tài)。平衡條件物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，必須滿足合外力為零的條件，即所有外力在任意方向上的投影代數(shù)和為零。力學(xué)平衡原理材料力學(xué)性質(zhì)簡介彈性材料在受到外力作用時(shí)發(fā)生變形，當(dāng)外力去除后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。塑性材料在受到外力作用時(shí)發(fā)生變形，當(dāng)外力去除后不能恢復(fù)原狀，而保留一部分永久變形的性質(zhì)。強(qiáng)度材料抵抗外力破壞的能力，通常用單位面積上所能承受的最大外力來表示。剛度材料抵抗變形的能力，即在外力作用下，材料保持原有形狀和尺寸不變的能力。02桿件內(nèi)力分析基礎(chǔ)長度遠(yuǎn)大于橫截面尺寸，受力后變形以軸向拉伸或壓縮為主。直桿曲桿組合桿幾何形狀為曲線，受力后變形較為復(fù)雜，需考慮彎曲和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。由多種桿件組合而成，受力特點(diǎn)介于直桿和曲桿之間。030201桿件類型及其特點(diǎn)內(nèi)力概念桿件在外力作用下，內(nèi)部各部分之間相互作用力的統(tǒng)稱。產(chǎn)生原因外力作用導(dǎo)致桿件發(fā)生變形，為抵抗這種變形，桿件內(nèi)部各部分之間產(chǎn)生相互作用力。內(nèi)力概念及產(chǎn)生原因通過假想截面將桿件分為兩部分，考慮其中一部分的平衡，從而求出截面上的內(nèi)力。截面法原理確定研究對象、畫受力圖、列平衡方程、求解內(nèi)力。截面法步驟截面法求內(nèi)力時(shí)，需考慮截面的位置和方向，以及桿件的約束條件。注意事項(xiàng)截面法求內(nèi)力內(nèi)力分量與方向判斷內(nèi)力分量根據(jù)截面法求出的內(nèi)力通常是一個(gè)力或一個(gè)力偶，可將其分解為與坐標(biāo)軸平行的分量。方向判斷根據(jù)桿件的變形情況和平衡條件，判斷內(nèi)力的方向。例如，拉伸變形時(shí)，內(nèi)力方向與軸線一致；壓縮變形時(shí)，內(nèi)力方向與軸線相反。03桿件內(nèi)力圖繪制方法VS內(nèi)力圖是描述桿件在受力作用下，內(nèi)部各點(diǎn)處內(nèi)力隨截面位置變化的圖形表示。內(nèi)力圖作用通過內(nèi)力圖，可以直觀地了解桿件內(nèi)力的分布和變化規(guī)律，為桿件的設(shè)計(jì)和分析提供依據(jù)。內(nèi)力圖定義內(nèi)力圖概念及作用根據(jù)實(shí)際問題，確定桿件所受的外力及約束類型，如集中力、分布力、彎矩等。確定外力及約束類型根據(jù)靜力平衡條件，列出桿件的平衡方程，求解出支座反力。列平衡方程求解反力在桿件上選取適當(dāng)?shù)慕孛?，利用截面法求出該截面處的?nèi)力值。截面法求內(nèi)力根據(jù)求出的各截面處的內(nèi)力值，按照一定的比例和規(guī)則，繪制出內(nèi)力圖。繪制內(nèi)力圖繪制內(nèi)力圖基本步驟在繪制內(nèi)力圖時(shí)，常見的錯(cuò)誤包括內(nèi)力符號錯(cuò)誤、內(nèi)力大小計(jì)算錯(cuò)誤、圖形比例失調(diào)等。錯(cuò)誤類型在繪制內(nèi)力圖時(shí)，應(yīng)注意選擇合適的比例尺，保證圖形的清晰度和準(zhǔn)確性；同時(shí)，還應(yīng)注意內(nèi)力的符號規(guī)定，避免出現(xiàn)符號錯(cuò)誤。注意事項(xiàng)常見錯(cuò)誤及注意事項(xiàng)實(shí)例演示通過具體的實(shí)例，演示繪制內(nèi)力圖的方法和步驟，幫助學(xué)生理解和掌握繪制內(nèi)力圖的技巧。練習(xí)題提供一定數(shù)量的練習(xí)題，供學(xué)生進(jìn)行練習(xí)和鞏固所學(xué)知識。練習(xí)題應(yīng)具有一定的針對性和難度梯度，以滿足不同層次學(xué)生的需求。實(shí)例演示與練習(xí)04彎曲桿件內(nèi)力與內(nèi)力圖分析彎曲變形特點(diǎn)及產(chǎn)生原因桿件在受到垂直于桿軸線的外力作用時(shí)，發(fā)生的變形形式為彎曲，表現(xiàn)為桿件的軸線變?yōu)橐粭l曲線。彎曲變形彎曲變形主要由橫向力、彎矩等外力作用引起，導(dǎo)致桿件截面產(chǎn)生正應(yīng)力和切應(yīng)力，進(jìn)而引發(fā)變形。產(chǎn)生原因運(yùn)用截面法，通過靜力平衡方程求解桿件橫截面上的內(nèi)力（軸力、剪力、彎矩）。根據(jù)外力作用情況，利用積分法或疊加法求解剪力方程和彎矩方程，得到桿件任意截面上的剪力和彎矩值。內(nèi)力計(jì)算基本方法剪力與彎矩計(jì)算彎曲桿件內(nèi)力計(jì)算將桿件橫截面上的內(nèi)力（軸力、剪力、彎矩）沿桿件長度方向繪制成圖形，便于直觀了解內(nèi)力分布規(guī)律。內(nèi)力圖概念基于剪力方程和彎矩方程，通過描點(diǎn)法或解析法繪制出剪力圖和彎矩圖，注意要標(biāo)明正負(fù)號及單位。內(nèi)力圖繪制方法彎曲桿件內(nèi)力圖繪制強(qiáng)度校核目的為保證桿件在正常工作狀態(tài)下具有足夠的承載能力，需對其進(jìn)行強(qiáng)度校核。要點(diǎn)一要點(diǎn)二強(qiáng)度校核方法根據(jù)桿件材料的力學(xué)性能和許用應(yīng)力，結(jié)合內(nèi)力圖分析，判斷桿件是否滿足強(qiáng)度要求。若不滿足，則需對桿件進(jìn)行截面尺寸優(yōu)化或選擇更高強(qiáng)度的材料。彎曲桿件強(qiáng)度校核05拉伸與壓縮桿件內(nèi)力與內(nèi)力圖分析壓縮變形桿件在受到軸向壓力作用時(shí)，會產(chǎn)生沿軸線方向的縮短變形。拉伸變形桿件在受到軸向拉伸力作用時(shí)，會產(chǎn)生沿軸線方向的伸長變形。產(chǎn)生原因拉伸與壓縮變形主要由外力作用引起，如重力、壓力、拉力等。拉伸與壓縮變形特點(diǎn)及產(chǎn)生原因

拉伸與壓縮桿件內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力概念內(nèi)力是指桿件內(nèi)部各部分之間相互作用的力。截面法通過假想截面將桿件分為兩部分，考慮其中一部分的平衡，可以求出截面上的內(nèi)力。軸力計(jì)算根據(jù)截面法，可以求出桿件任意截面上的軸力，軸力大小等于外力之和。內(nèi)力圖是表示桿件內(nèi)力沿軸線變化規(guī)律的圖形。內(nèi)力圖概念首先確定桿件的約束類型，然后根據(jù)外力作用情況，分段繪制內(nèi)力圖。繪制方法在繪制內(nèi)力圖時(shí)，要注意內(nèi)力的正負(fù)號規(guī)定以及內(nèi)力圖的連續(xù)性。注意事項(xiàng)拉伸與壓縮桿件內(nèi)力圖繪制強(qiáng)度概念強(qiáng)度是指桿件在受到外力作用時(shí)，抵抗破壞的能力。強(qiáng)度校核目的為了保證桿件在正常工作條件下不發(fā)生破壞，需要對桿件進(jìn)行強(qiáng)度校核。校核方法根據(jù)桿件的材料力學(xué)性質(zhì)、截面尺寸以及所受內(nèi)力大小，計(jì)算出桿件的最大應(yīng)力，然后與材料的許用應(yīng)力進(jìn)行比較，判斷是否滿足強(qiáng)度要求。如果不滿足，則需要采取相應(yīng)措施，如增大截面尺寸、更換材料等。拉伸與壓縮桿件強(qiáng)度校核06扭轉(zhuǎn)桿件內(nèi)力與內(nèi)力圖分析扭轉(zhuǎn)變形當(dāng)桿件受到大小相等、方向相反、作用平面垂直于桿件軸線的力偶作用時(shí)，桿件的橫截面繞軸線產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，這種變形稱為扭轉(zhuǎn)變形。產(chǎn)生原因主要是由于外力偶矩的作用，使得桿件內(nèi)部產(chǎn)生剪切應(yīng)力，從而導(dǎo)致橫截面發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。扭轉(zhuǎn)變形特點(diǎn)及產(chǎn)生原因根據(jù)外力偶矩和桿件長度的關(guān)系，可以計(jì)算出桿件任意截面上的內(nèi)力偶矩。內(nèi)力偶矩計(jì)算扭矩是內(nèi)力偶矩在桿件橫截面上的體現(xiàn)，其大小等于內(nèi)力偶矩的代數(shù)和。扭矩計(jì)算在扭轉(zhuǎn)桿件中，由于剪切應(yīng)力的存在，會產(chǎn)生與軸線平行的剪力。剪力的計(jì)算需要根據(jù)桿件的受力情況和截面尺寸進(jìn)行。剪力計(jì)算扭轉(zhuǎn)桿件內(nèi)力計(jì)算扭矩圖繪制根據(jù)計(jì)算出的扭矩值，在桿件軸線上按一定比例繪制出扭矩圖。扭矩圖可以直觀地反映出桿件各截面上的扭矩變化情況。剪力圖繪制根據(jù)計(jì)算出的剪力值，在桿件軸線上按一定比例繪制出剪力圖。剪力圖可以反映出桿件各截面上的剪力變化情況。內(nèi)力圖基本規(guī)定在繪制內(nèi)力圖時(shí)，需要遵循一定的基本規(guī)定，如內(nèi)力圖的比例尺、坐標(biāo)軸方向等。扭轉(zhuǎn)桿件內(nèi)力圖繪制強(qiáng)度條件為了保證扭轉(zhuǎn)桿件在正常工作條件下不發(fā)生破壞，需要滿足一定的強(qiáng)度