平面弯曲3-梁的变形
材料力学(1)-弯曲变形复习
材料力学
材料力学 基础篇之五
第5章 梁的弯曲问题(3)——位移分析 与刚度计算
第5章 梁的弯曲问题(3)-位移分析与刚度计算
上一章的分析结果表明，在平面弯曲的情形下，梁的 轴线将弯曲成平面曲线。如果变形太大，也会影响构件正 常工作。因此，对机器中的零件或部件以及土木工程中的 结构构件进行设计时，除了满足强度要求外，还必须满足 一定的刚度要求，即将其变形限制在一定的范围内。为此， 必须分析和计算梁的变形。
第5章 梁的弯曲问题(3)-位移分析与刚度计算
叠加法确定梁的挠度与转角
解：2．再将处理后的梁分解 为简单载荷作用的情形，计算 各个简单载荷引起的挠度和转 角
分别画出这两种情形下 的挠度曲线大致形状。于是， 由挠度表中关于承受均布载 荷悬臂梁的计算结果，上述 两种情形下自由端的挠度和 转角分别为
第5章 梁的弯曲问题(3)-位移分析与刚度计算
第5章 梁的弯曲问题(3)-位移分析与刚度计算
简单的静不定梁
第5章 梁的弯曲问题(3)-位移分析与刚度计算
简单的静不定梁
多余约束与静不定次数 求解静不定梁的基本方法
第5章 梁的弯曲问题(3)-位移分析与刚度计算
简单的静不定梁
多余约束与静不定次数
静定问题与静定结构——未知力（内力或外力）个数 等于独立的平衡方程数
M(x)，代入上式后，分别对x作不定积分,得到包含积分常数的挠
度方程与转角方程：
dw dx
l
M x
EI
dx
C
w
l
l
M x
EI
dx
dx
Cx
D
其中C、D为积分常数。
第5章 梁的弯曲问题(3)-位移分析与刚度计算
梁的弯曲(应力、变形)
2
回顾与比较
内力
应力
F
A
FAy
编辑ppt
T
IP
M
?
?
FS
3
§9-6 梁的弯曲时的应力及强度计算
一、弯曲正应力 Normal stress in bending beam
梁段CD上，只有弯矩，没有剪力－－纯弯曲Pure bending
梁段AC和BD上，既有弯矩，又有剪力－－剪力弯曲Bending by
transverse force
编辑ppt
4
研究对象：等截面直梁 研究方法：实验——观察——假定
编辑ppt5Leabharlann 实验观察——梁表面变形特征
横线仍是直线，但发生 相对转动，仍与纵线正交
纵线弯成曲线，且梁的 下侧伸长，上侧缩短
以上是外部的情况，内部如何？ 想象 —— 梁变形后，其横截面仍为平面，且垂直
x
61.7106Pa61.7MPa
编辑ppt
13
q=60kN/m
A
1m
FAY
C
l = 3m
FS 90kN
M ql /867.5kNm 2
x
2. C 截面最大正应力
120
B
x
180
K
30 C 截面弯矩
z
MC60kN m
FBY
y
C 截面惯性矩
IZ5.83120 5m 4
x 90kN
C max
M C y max IZ
于变形后梁的轴线，只是绕梁上某一轴转过一个角度 透明的梁就好了，我们用计算机模拟 透明的梁
编辑ppt
6
编辑ppt
7
总之 ，由外部去 想象内部 —— 得到
梁的弯曲
MB 0
MA 0
FAy＝ - M / l FBy＝ M / l
（2）列剪力方程和弯矩方程
弯曲内力
A
FAy＝ - M / l
a
x1 l
b B
C x2
FBy＝ M / l
AC段：距A端为x1的任意截面1-1以左研究
V x1＝FAy M / l 0 x1 a M x1＝FAyx1 Mx1 / l 0 x1 a
剪力和弯矩一般是随横截面的位置而变化的。横截面 沿梁轴线的位置用横坐标x表示，则梁内各横截面上的剪 力和弯矩就都可以表示为坐标x的函数，即
V=V（x）和 M=M（x） 以上两函数分别称为梁的剪力方程和弯矩方程。
弯曲内力
二、剪力图和弯矩图
为了形象地表明沿梁轴线各横截面上剪力和弯矩的变 化情况，通常将剪力和弯矩在全梁范围内变化的规律用图 形来表示，这种图形称为剪力图和弯矩图。
FBy
弯曲内力
总结与提示
截面法是求内力的基本方法。 (1) 用截面法求梁的内力时，可取截面任一侧研究，但 为了简化计算，通常取外力比较少的一侧来研究。 (2) 作所取隔离体的受力图时，在切开的截面上，未知 的剪力和弯矩通常均按正方向假定。 (3) 在列梁段的静力平衡方程时，要把剪力、弯矩当作 隔离体上的外力来看待，因此，平衡方程中剪力、弯矩的 正负号应按静力计算的习惯而定，不要与剪力、弯矩本身 的正、负号相混淆。
弯曲内力
q>0
弯曲内力
FQ=0截面
弯曲内力
三、应用规律绘制梁的剪力图和弯矩图
用规律作剪力图和弯矩图的步骤 (1) 求支座反力。 对于悬臂梁由于其一端为自由端，所以可以不求支 座反力。 (2) 将梁进行分段 梁的端截面、集中力、集中力偶的作用截面、分布 荷载的起止截面都是梁分段时的界线截面。 (3) 由各梁段上的荷载情况，根据规律确定其对应的 剪力图和弯矩图的形状。 (4) 确定控制截面，求控制截面的剪力值、弯矩值， 并作图。
平面弯曲的概念
3-2 直梁弯曲时的内力分析
解： 1、先求支座反力： 1）A处支座反力为：
Pb RA l
2）B处支座反力为：
Pa RB l
2008.9～2009.1
第三章 直梁的弯曲——《化工设备设计基础》
3-2 直梁弯曲时的内力分析
2、作剪力图： 1）AC段梁的剪力方程为：
Pb Q1 l
(0 x1 a)
2008.9～2009.1
第三章 直梁的弯曲——《化工设备设计基础》
3-2 直梁弯曲时的内力分析
2、内力符号规定： 1）剪力： 横截面上的剪力Q使该截面的邻近 微段有作顺时针转动趋势时取正号；有 反时针转动趋势时取负号。
2008.9～2009.1
第三章 直梁的弯曲——《化工设备设计基础》
3-2 直梁弯曲时的内力分析
3-3纯弯曲时梁横截面上的正应力
二、 弯曲变形与应力的关系 1、纵向纤维的线应变：
bb O O
OO
( y)d d d
3-1 平面弯曲的概念
1、弯曲：当杆件受到垂直于杆轴线的外 力（即横向力）或力偶作用时，杆的轴线 由直线变成曲线的变形。
2008.9～2009.1
第三章 直梁的弯曲——《化工设备设计基础》
3-1 平面弯曲的概念
2、梁：以弯曲变形为主的杆件。
2008.9～2009.1
第三章 直梁的弯曲——《化工设备设计基础》
2008.9～2009.1
第三章 直梁的弯曲——《化工设备设计基础》
3-1 平面弯曲的概念
6、梁的类型： 梁根据约束有以下三种基本类型： 1）简支梁 2）外伸梁 3）悬臂梁 （注：以上梁都为静定梁）
2008.9～2009.1
平面弯曲及梁的基本分类
L q — 均布力
F — 集中力
L
L
（L称为梁的跨长）
平面弯曲的概念及工程实例
一、弯曲实例 工厂厂房的天车大梁：
F F
火车的轮轴：
F
F
F
F
楼房的横梁：
阳台的挑梁：
二、弯曲的概念：
受力特点——作用于杆件上的外力都垂直于杆的轴线。
变形特点——杆轴线由直线变为一条平面的曲线。
主要产生弯曲变形的杆--- 梁。
q
P M
三、平面弯曲的概念：
RA
NB
F1
q
F2
M
纵向对称面
平面弯曲
受力特点——作用于杆件上的外力都垂直于杆的轴线，且都在 梁的纵向对称平面内（通过或平行形心主轴上且过 弯曲中心）。
变形特点——杆的轴线在梁的纵向对称面内由直线变为一条平 面曲线。
静定梁的分类（三种基本形式）
q(x)— 分布力 1、悬臂梁：
2、简支梁：
L M — 集中力偶
3、外伸梁：
梁的弯曲(工程力学课件)
02 弯曲的内力—弯矩与剪力
3-3截面
M 3 q 2a a 2qa 2
4-4截面
qa 2
5qa 2
2
M 4 FB 2a M C
3qa
2
2
5-5截面
qa 2
M 5 FB 2a
2
02 弯曲的内力—弯矩与剪力
由以上计算结果可以看出：
（1）集中力作用处的两侧临近截面的弯矩相同，剪力不同，说明剪力在
后逐段画出梁的剪力图和弯矩图。
04 弯矩、剪力与载荷集度之间的关系
例8 悬臂梁AB只在自由端受集中力F作用，如图（a）所示，
试作梁的剪力图和弯矩图。
解：
1-1截面： Q1＝-F M1＝0
2-2截面： Q1＝-F M1＝－Fl
04 弯矩、剪力与载荷集度之间的关系
例9 简支梁AB在C点处受集中力F作用，如图（a）所示，作此梁的剪力
（2）建立剪力方程和弯矩方程；
（3）应用函数作图法画出剪力Q（x），弯矩M（x）的图线，即为剪力
图和弯矩图
03 弯矩图和剪力图
例9.3 悬臂梁AB在自由端B处受集中载荷F作用，如图（a）所示，试作
其剪力图和弯矩图。
解 ：（1）建立剪力方程和弯矩方程
() = ( < < )
() = −( − ) ( ≤ ≤ )
方程和弯矩方程，并作剪力图和弯矩图。
解：（1）求支反力
（2）建立剪力方程和弯矩方程
03 弯矩图和剪力图
（3）绘制剪力图、弯矩图
计算下列5个截面的弯矩值：
03 弯矩图和剪力图
二、用简便方法画剪力图、弯矩图 (从梁的左端做起)
1.无载荷作用的梁段上 剪力图为水平线。 弯矩图为斜直线（两点式画图）。
梁的弯曲
第九章梁的弯曲第一节平面弯曲一、平面弯曲的概念当杆件受到垂直于杆轴的外力作用或在纵向平面内受到力偶作用时（图9-1），杆轴由直线弯成曲线，这种变形称为弯曲。
以弯曲变形为主的杆件称为梁。
图9-1 受弯杆件的受力形式弯曲变形是工程中最常见的一种基本变形。
例如房屋建筑中的楼面梁，受到楼面荷载和梁自重的作用，将发生弯曲变形（9-2a、b），阳台挑梁（9-2 c、d）等，都是以弯曲变形为主的构件。
工程中常见的梁，其横截面往往有一根对称轴，如图9-3所示，这根对称轴与梁轴所组成的平面，称为纵向对称平面（图9-4）。
如果作用在梁上的外力（包括荷载和支座反力）和外力偶都位于纵向对称平面内，梁变形后，轴线将在此纵向对称平面内弯曲。
这种梁的弯曲平面与外力作用平面相重合的弯曲，称为平面弯曲。
平面弯曲是一种最简单，也是最常见的弯曲变形，本章将主要讨论等截面直梁的平面弯曲问题。
图9-2 工程中常见的受弯构件图9-3 梁常见的截面形状图9-4平面弯曲的特征二、单跨静定梁的几种形式工程中对于单跨静定梁按其支座情况分为下列三种形式：1．悬臂梁： 梁的一端为固定端，另一端为自由端（图9-5a ）。
2．简支梁： 梁的一端为固定铰支座，另一端为可动铰支座（图9-5b ）。
3．外伸梁： 梁的一端或两端伸出支座的简支梁（图9-5c ）。
(a ) (b ) (c )图9-5 三种静定梁第二节 梁的弯曲内力——剪力和弯矩为了计算梁的强度和刚度问题，在求得梁的支座反力后，就必须计算梁的内力。
下面将着重讨论梁的内力的计算方法。
一、截面法求内力1、剪力和弯矩图9-6 用截面法求梁的内力图9-6a 所示为一简支梁，荷截F 和支座反力R A 、R B 是作用在梁的纵向对称平面内的平衡力系。
现用截面法分析任一截面m-m 上的内力。
假想将梁沿m-m 截面分为两段，现取左段为研究对象，从图9-6b 可见，因有座支反力R A 作用，为使左段满足Σ Y ＝０，截面m-m 上必然有与R A 等值、平行且反向的内力Q 存在，这个内力Q ，称为剪力；同时，因R A 对截面m-m 的形心O 点有一个力矩R A · a 的作用，为满足Σ M o ＝０，截面m-m 上也必然有一个与力矩R A · a 大小相等且转向相反的内力偶矩Ｍ存在，这个内力偶矩M 称为弯矩。
梁的弯曲(应力、变形)
* z
翼板
t
H
h
b
z
y
腹板
A*
H h h 1 H h B B( ) ( ) y 2 2 2 2 2 2 2 h 1 h b h B 2 2 b( y ) y ( y ) ( H h ) ( y 2 ) 2 2 2 2 4 8
y
目录
24
（3）作弯矩图
（4）B截面校核
2 .5kN.m
4kN.m
4 103 52103 t ,max 7.64106 27.2 106 Pa 27.2MPa t
4 103 88103 c,max 7.64106 46 .1106 Pa 46 .1MPa c
研究对象：等截面直梁
研究方法：实验——观察——假定
5
实验观察——梁表面变形特征
横线仍是直线，但发生 相对转动，仍与纵线正交 纵线弯成曲线，且梁的 下侧伸长，上侧缩短
以上是外部的情况，内部如何？ 想象 —— 梁变形后，其横截面仍为平面，且垂直 于变形后梁的轴线，只是绕梁上某一轴转过一个角度 透明的梁就好了，我们用计算机模拟 透明的梁
2
5.梁的许可载荷为 F Fi min3.75kN 10kN 3.825kNmin 3.75kN
28
提高梁强度的主要措施
max
M max [ ] WZ
合理安排支座 合理布置载荷
1. 降低 Mmax
29
F
合理布置支座
F
F
30
合理布置载荷
F
31
max
M max [ ] WZ
2. 增大 WZ
合理设计截面 合理放置截面
梁的变形计算【可编辑】
梁的位移分析的工程意义
机械传动机构中的齿轮轴，当 变形过大时(图中虚线所示)，两齿 轮的啮合处将产生较大的挠度和转 角，这不仅会影响两个齿轮之间的 啮合，以致不能正常工作。 同时，还会加大齿轮磨损，同时将在转动的 过程中产生很大的噪声。
此外，当轴的变形很大使，轴在支承处也将 产生较大的转角，从而使轴和轴承的磨损大大增 加，降低轴和轴承的使用寿命。
小挠度微分方程
d2w0,M 0 dx2
d2w0,M 0 dx2
d2w M dx 2 EI
本书采用向下的w坐标系，有
d2w M
dx2 EI d2w M dx2 EI
小挠度微分方程
d2w M
dx 2
EI
对于等截面梁，应用确定弯矩方程的方法，写出弯 矩方程M(x)，代入上式后，分别对x作不定积分,得到包 含积分常数的挠度方程与转角方程：
梁的位移分析与刚度问题
梁的变形与梁的位移 梁的小挠度微分方程及其积分 叠加法确定梁的挠度与转角 梁的刚度问题 简单的静不定梁 结论与讨论
梁的曲率与位移
在平面弯曲的情形下，梁上的任意微段的两横 截面绕中性轴相互转过一角度，从而使梁的轴线弯 曲成平面曲线，这一曲线称为梁的挠度曲线 （deflection curve）。
另一方面，某些机械零件或部件，则要求有较大的 变形，以减少机械运转时所产生的振动。汽车中的钣簧 即为一例。这种情形下也需要研究变形。
此外，求解静不定梁，也必须考虑梁的变形以建立补 充方程。
梁的位移分析与刚度问题
本章将在上一章得到的曲率公式的基础上， 建立梁的挠度曲线微分方程；进而利用微分方 程的积分以及相应的边界条件确定挠度曲线方 程。在此基础上，介绍工程上常用的计算梁变 形的叠加法。此外，还将讨论简单的静不定梁 的求解问题。
第九章 梁的平面弯曲
x
左顺右逆，M为正
M
FQ
M
内力 右截面正向 左截面正向 FQ M
微段变形（正）
顺时针错动 向上凹
内力图
剪力图—以杆件轴线为基线,Q为纵坐标,作出的反映Q沿
杆件轴线的变化规律的曲线
弯矩图—以杆件轴线为基线,M为纵坐标,作出的反映M 沿杆件轴线的变化规律的曲线
内力图作法:
以坐标x表示横截面的位置,通过平衡方程求出内力与x 的关系,称为内力方程,根据内力方程作图
FAy q M0 M3
0 x3 B C c FQ3
Fy=FAy-4q-FQ2=0 FQ2=13kN
Mc(F )=M2+4q(x2-2)-FAyx2=0 M2=13x2+72(kN•m)
CD段: 6mx3<8m FQ3=13kN; M3=13x3+24(kN•m)
FAy q M0 F M4 DE段: 8mx4<12m
内力与外力的相依关系
某一截面上的内力与作用在该截 面一侧局部杆件上的外力相平衡；
在载荷无突变的一段杆的各截 面上内力按相同的规律变化；
控制截面的概念： 外力规律发生变化的截面—集中力、集中力偶作用点、分 布载荷的起点和终点处的横截面,支座
。
截面法，确定各段Q、M 分布规律，以此列出各 段的内力方程（剪力方程、弯矩方程）。以此 作出剪力图和弯矩图。
q
A
FA
FQ qa
2a
B
2L
FB
qa
q(L-a) q(L-a)
M
qLa-qL2/2
q(L-a)2/2
根据给定的剪力图和弯矩图能否确定梁的受
力，能否确定梁的支承性质与支承位置？由给
6第四章平面弯曲3--变形与刚度
EIw M x dx dx Cx D
式中C, D 由梁支座处的已知位移条件即边 界条件确定。
如：
A
F B
边界条件： wA=0
F A
wB=0 边界条件：
wA=0 θA=0 边界条件：
F A C
D a B
△a
l
wA=0
wB=△a
EIw EI M x dx C
Fb( l 2 b2 ) Fb 2 F DB : w2 2 x ( x a )2 6EIl 2EIl 2EI
Fb( l 2 b2 ) Fb 3 F w2 x x ( x a )3 6EIl 6EIl 6EI
当a＞b时
wmax 在AD段。
由w1 0，x0
EIw M x dx dx Cx D
积分常数C,D的几何意义是什么？
EIw'(0)=EIθ0 =C EIw (0)=EIw0 =D
例：一悬臂梁在自由端受集中力作用，求梁的转 角方程和挠度方程。并求最大转角和最大挠度。 设梁的抗弯刚度为EI。
F
A l B
思考题:作出图示梁弯矩图，并根据边界条 件和连续条件画出挠曲线大致形状.
F
Fl A
D
l y l
B
l
C
x
§4－10 奇异函数法计算梁的变形
一、弯矩的通用方程:
Me
A
F
D E
q
G
B
x
FA
am
C
aF aq1
FB
aq2
y
l
Me
A
F
D
E
q
梁的弯曲应力和变形
正应力分布规律：
1. 中性轴上的点应力为零；
M
2. 上下边缘的点应力最大，其余各 点的应力大小与到中性轴的距离成
正比。
M
中性轴
F
二、计算公式 F
mn
1. 变形几何关系
解：（ 1 ）求支座反力
12.75
kN m
（ 2 ）作弯矩图
max
M
max
Iz
y1
M max W1
max
M
max
Iz
y2
M max W2
（8 - 8） （8 校核哪个截面？
例 2 铸铁梁受荷载情况如图示。已知截面对形心轴的惯性矩 Iz=40 3×10 － 7m4 ，铸铁抗拉强度［ σ ＋］ =5m0MPa ，抗压强度
的情况，公式仍然适用。
（ 2 ）公式是从矩形截面梁导出的，但对截面为其它对称形状（如工
字形、 T 字形、圆形等）的梁，也都适用。
M max WZ
梁弯曲时，其横截面上既有拉应力也有压应力。对于中性轴为对称 轴的横截面，例如矩形、圆形和工字形等截面，其上、下边缘点到 中性轴的距离相等，故最大拉应力和最大压应力在数值上相等，可 按左式求得。
一般情况下，梁的强度计算由正应力强度条件控制。
在选择梁的截面时，一般按正应力强度条件选择，选好 截面后，再按剪应力强度条件进行校核。
对于细长梁，按正应力强度条件选择截面或确定许用荷载 后，一般不再需要进行剪应力强度校核。
在下列几种特殊情况下，需要校核梁的剪应力：
（ 1 ）梁的跨度较短，或在支座附近有较大的荷载作用。 在此情况下，梁的弯矩较小，而剪力却很大。 （ 2 ）在组合工字形截面的钢梁中，当腹板的厚度较小 而工字形截面的高度较大时，腹板上的剪应力值将很大 ，而正应力值相对较小。 （ 3 ）木材在顺纹方向抗剪强度较差，木梁可能因剪应 力过大而使梁沿中性层发生剪切破坏。
第九章梁的弯曲变形-PPT精品文档
第一节
工程中的弯曲变形
梁在外载荷作用下将产生变形，梁不但要满足强 度条件，还要满足刚度条件，即要求梁在工作时的变 形不能超过一定范围，否则就会影响梁的正常工作。 一、挠曲线 挠曲线：图所示悬臂梁在纵向对称面内的外力F的 作用下，将产生平面弯 曲，变形后梁的轴线将变 为一条光滑的平面曲线， 称梁的挠曲线。 挠曲线方程
挠曲轴线 近似微分方程
M ( x) y EI
对梁的挠曲轴线近似微分方程式积分：
积分一次得转角方程：
M ( x ) y x C EI d
积分二次得挠度方程：
M ( x ) y d x d x Cx D EI
第九章 梁的弯曲变形 转角方程 挠度方程
M ( x ) y x C EI d M ( x ) y d x d x Cx D EI
式中积分常数C、D由边界条件（梁中已知的截面 位移）确定：
0 , y 0 简支梁： y A B
悬臂梁： 0 , A
y 0 A
由边界条件、变形连续条件可确定积分常数，通 过上面两个公式可计算梁任一截面的转角与挠度， 这方法称积分法。
第九章 梁的弯曲变形
例9-1 如图所示简支梁，跨度为l，受均布载荷 q作用，梁的抗弯曲刚度EI已知，求跨中截面C的挠 度及截面A处的转角。 解：梁的弯矩方程为：
第九章 梁的弯曲变形 挠曲轴线 近似微分方程 结论 两种情况下弯矩与曲线的二阶导数均同号，微分 方程式应取正号，即： 挠曲轴线 近似微分方程
M(x) y EI
M ( x) y EI
梁的挠曲轴线近似微分方程的适用条件：梁的变 形是线弹性的小变形。
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平面弯曲梁的变形计算公式
平面弯曲梁的变形计算公式梁是工程结构中常见的构件，用于承担横向载荷和弯矩。
在实际工程中，梁的变形是一个重要的问题，因为变形会影响结构的稳定性和使用性能。
平面弯曲梁是一种常见的梁结构，其变形计算公式是工程设计和分析中的重要内容。
本文将介绍平面弯曲梁的变形计算公式及其应用。
平面弯曲梁的变形是由横向载荷和弯矩引起的。
在计算平面弯曲梁的变形时，需要考虑梁的截面形状、材料性质和受力情况。
根据梁的几何形状和材料性质，可以得到平面弯曲梁的变形计算公式。
下面将介绍平面弯曲梁的变形计算公式及其推导过程。
首先，考虑一根长度为L的平面弯曲梁，在横向载荷和弯矩的作用下发生弯曲变形。
假设梁的截面形状为矩形，材料为弹性材料，横向载荷为P，弯矩为M。
根据弹性力学理论，可以得到平面弯曲梁的变形计算公式如下：1. 梁的挠度计算公式。
梁的挠度是描述梁在弯曲变形下的位移情况的参数。
挠度计算公式可以通过梁的受力分析和材料力学理论推导得到。
对于矩形截面的平面弯曲梁，其挠度计算公式为：δ = (PL^3)/(3EI) + (ML^2)/(2EI)。
其中，δ为梁的挠度，P为横向载荷，L为梁的长度，E为弹性模量，I为梁的惯性矩，M为弯矩。
2. 梁的曲率计算公式。
梁的曲率是描述梁在弯曲变形下曲线形状的参数。
曲率计算公式可以通过挠度计算公式求导得到。
对于矩形截面的平面弯曲梁，其曲率计算公式为：κ = d²δ/dx² = M/(EI)。
其中，κ为梁的曲率，δ为梁的挠度，x为横向坐标，M为弯矩，E为弹性模量，I为梁的惯性矩。
3. 梁的最大挠度计算公式。
梁的最大挠度是描述梁在弯曲变形下最大位移情况的参数。
最大挠度计算公式可以通过挠度计算公式和曲率计算公式求解得到。
对于矩形截面的平面弯曲梁，其最大挠度计算公式为：δmax = (5PL^4)/(384EI) + (3ML^3)/(64EI)。
其中，δmax为梁的最大挠度，P为横向载荷，L为梁的长度，E为弹性模量，I为梁的惯性矩，M为弯矩。
弯曲变形的概念
9—1 弯曲变形的概念一、弯曲与平面弯曲1、弯曲：直杆在垂直于杆轴的外力作用下，杆的轴线变为曲线，这种变形叫弯曲。
2、梁：以弯曲为主变形的构件称为梁。
其特点：a、形状：轴线是直的，横截面至少有一个对称3m m由∑x=0 ∑y=0；—Q m+R A=0 Q∑y=0∑m=0 0∑m=0；—R A+M m=0，Q m——剪力 M m——弯曲梁平面弯曲时截面产生两种内力 : 剪力Q二、Q，M正负号的规定四、讨论：1、要正确区别性质符号和运算符号。
所谓正，负Q，M是指性质符号而言2、Q x=∑左·y 或 Q x=∑右·y， M x=∑左·M 或M x=∑右·M3、可用“简便方法”计算截面内力六、求剪力和弯矩的基本规律（1）求指定截面上的内力时，既可取梁的左段为脱离体，也可取右段为脱离体，两者计算结果一致（方向，转向相反）。
一般取外力比较简单的一段进行分析（2）梁内任一截面上的剪力Q的大小，等于这截面左边（或右边）的与截面平行的各外力的代数和。
若考虑左段为脱离体时，在此段梁上所有与y轴同向的外力使该截面产生正剪力，而所有与y轴反向的外力使该截面产生负剪力；若考虑右段为脱离体时，在此段梁所有与y轴同向的外力梁上作用任意荷载q （x ）：（1）取出梁中一微段d x （d x 上认为荷载是均匀的）；（2）设截面内力：Q （x ），M （x ）。
利用 ∑y =0。
则：Q （x ）+q （x ）d x —[Q （x ）+d Q （x ）]=0d Q （x ）=q （x ）d x即 d Q （x ）/d x =q （x ）剪力对x 的一阶导数等于荷载 ∑0M =0M （x ）—[M （x ）+d M （x ）]+Q （x ）d x +q （x ）d x d x /2=0即； d M （x ）/d x =Q （x ） 弯矩对x 的一次导等于剪力（1） q （x ）=0 （无线荷载）d Q （x ）/d x =q （x ）=0 说明剪力方程是常数。
梁的变形计算
例题
解： 4． 利用约束条件和连续条件 确定积分常数
EI1
3 8
FP x 2
C1
EI
＝－3
2
8
FP
x 2＋1 2
FP
x－ l 4
2
C2
EIw1
1 8
FP
x3
C1x
D1
EIw2＝－81
FP
x 3＋1 6
FP
dx 2
EI
弹性曲线的小挠度微分方程，式中的正负号与w坐标的取向有关。
小挠度微分方程
d2w 0,M 0 dx 2
d2w M dx 2 EI
本书采用向下的w坐标系，有
d2w 0,M 0
dx 2
d2w M dx2 EI
d2w M dx2 EI
小挠度微分方程
d2w M
叠加法应用于多个载荷作用的情形
当梁上受有几种不同的载荷作用时，都可以将其分解为各种载 荷单独作用的情形，由挠度表查得这些情形下的挠度和转角，再将 所得结果叠加后，便得到几种载荷同时作用的结果。
叠加法应用于多个载荷作用的情形 例题
已知：简支梁受力如图 示，q、l、EI均为已知。
求：C截面的挠度wC ； B截面的转角B
3
7
l 2 x
EI 8 6 4 128
据此，可以算得加力点B处的挠度和支承处A和C的转角分别为
wB
3 256
FPl 3 EI
A
7 128
《平面弯曲变形》课件
平面弯曲变形的应用实 例
桥梁和建筑结构的平面弯曲变形分析
桥梁结构：桥梁 的平面弯曲变形 分析，包括梁、 拱、索等结构
建筑结构：建筑结构 的平面弯曲变形分析， 包括框架、剪力墙、 筒体等结构
变形原因：荷载、 温度、湿度、地 震等外部因素引 起的变形
变形影响：对结构 安全性、稳定性、 耐久性的影响
变形控制：通过设 计、施工、维护等 手段控制变形，保 证结构安全
剪切应力的分布规律：剪切应力在剪切面上分布不均匀，靠近剪切面中心处应力较小， 远离剪切面中心处应力较大
剪切应力的影响因素：剪切力、剪切面形状、材料性质等
剪切应力的应用：在工程设计中，需要考虑剪切应力对结构的影响，以避免结构破坏 或失效。
平面弯曲变形的能量平 衡
弹性势能与动能之间的关系
弹性势能：物体在弹性形变过 程中储存的能量
感谢观看
汇报人：
平面弯曲变形可以分为弹性变形和塑性变形两种类型。
弹性变形是指物体在外力作用下，其形状和尺寸发生变化，但外力消失后，物体可以 恢复到原来的形状和尺寸。
塑性变形是指物体在外力作用下，其形状和尺寸发生变化，但外力消失后，物体不能 恢复到原来的形状和尺寸。
平面弯曲变形的分类
弯曲变形：物体在外力作用下发生弯曲变形 扭转变形：物体在外力作用下发生扭转变形 弯曲-扭转变形：物体在外力作用下同时发生弯曲和扭转变形 弯曲-弯曲变形：物体在外力作用下同时发生弯曲和弯曲变形
平面弯曲变形的稳定性 分析
稳定性分析的基本概念
稳定性分析的目的：确定结构在受力作用下的稳定性 稳定性分析的方法：有限元分析、能量法等 稳定性分析的指标：临界载荷、临界应力等 稳定性分析的应用：结构设计、优化等
稳定性分析的方法和步骤
钢结构梁变形标准
钢结构梁变形标准
钢结构梁变形标准主要涉及到三种变形：弯曲变形、挤压变形和剪切变形。
1. 弯曲变形：是指钢梁在承受负荷后出现的弯曲变形。
根据标准要求，弯曲变形应符合L/300的标准，其中L为跨度。
也就是说，在台阶承载时，钢梁的弯曲变形不应超过跨度的1/300，否则可能会影响结构的正常使用。
2. 挤压变形：是指钢梁在受压力作用下的长轴方向出现的压缩变形。
根据标准要求，挤压变形应符合L/150的标准，其中L为跨度。
即在台阶承载时，钢梁的挤压变形不应超过跨度的1/150，否则会危及结构的安全。
3. 剪切变形：是指钢梁在承受横向力时发生的剪切变形，一般表现为上下翘起或者下垂。
根据标准要求，剪切变形应符合1/150的标准，即在台阶承载时，钢梁的剪切变形不应超过跨度的1/150，否则会影响结构的正常使用。
另外，对于钢梁平面弯曲，也有明确的允许偏差标准。
根据《建筑钢结构制作和安装技术规范》中的规定，钢梁平面弯曲允许偏差的标准为梁长的1/200或50mm，取其中较小值。
以上信息仅供参考，具体的钢结构梁变形标准可能因不同的设计规范、使用环境和结构要求而有所差异。
在实际应用中，需要参考相关的设计规范和标准，结合实际情况进行判断和评估。
梁的弯曲变形
第7章-梁的弯曲变形(总32页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第7章 梁的弯曲变形与刚度梁弯曲变形的基本概念7.1.1 挠度在线弹性小变形条件下，梁在横力作用时将产生平面弯曲，则梁轴线由原来的直线变为纵向对称面内的一条平面曲线，很明显，该曲线是连续的光滑的曲线，这条曲线称为梁的挠曲线（图7-2）。
梁轴线上某点在梁变形后沿竖直方向的位移（横向位移）称为该点的挠度。
在小变形情况下，梁轴线上各点在梁变形后沿轴线方向的位移（水平位移）可以证明是横向位移的高阶小量，因而可以忽略不计。
挠曲线的曲线方程：)(x w w = （7-1）称为挠曲线方程或挠度函数。
实际上就是轴线上各点的挠度，一般情况下规定：挠度沿y 轴的正向（向上）为正，沿y 轴的负向（向下）为负（图7-4）。
必须注意，梁的坐标系的选取可以是任意的，即坐标原点可以放在梁轴线的任意地方，另外，由于梁的挠度函数往往在梁中是分段函数，因此，梁的坐标系可采用整体坐标也可采用局部坐标。
7.1.2 转角梁变形后其横截面在纵向对称面内相对于原有位置转动的角度称为转角（图7-3）。
转角随梁轴线变化的函数：)(x θθ= （7-2）称为转角方程或转角函数。
图7-3 梁的转角)(x 图7-2梁的挠曲线由图7-3可以看出，转角实质上就是挠曲线的切线与梁的轴线坐标轴x 的正方向之间的夹角。
所以有：xx w d )(d tan =θ,由于梁的变形是小变形，则梁的挠度和转角都很小，所以θ和θtan 是同阶小量，即：θθtan ≈，于是有：xx w x d )(d )(=θ （7-3） 即转角函数等于挠度函数对x 的一阶导数。
一般情况下规定：转角逆时针转动时为正，而顺时针转动时为负（图7-4）。
需要注意，转角函数和挠度函数必须在相同的坐标系下描述，由式（7-3）可知，如果挠度函数在梁中是分段函数，则转角函数亦是分段数目相同的分段函数。
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d2w dx2
M x中的正负号:
EI z
x
M <0 w
x
dw dx
d 2w dx2
0
d 2w dx2
M x
EI z
3 积分法计算梁的位移
w M x w w
EI z
EIz EIzw M xdx C
积分法
EIzw M xdx2 Cx D
式中， C、D为积分常数，可由梁的某些截面的 已知变形条件来确定 ，如：
w B l
B'
wBe w
B
F
M
3Fl 2 4EI
C1
F C wF
C2
3Fl 3 w 4EI
Fl 3 wF 3EI
wC
3Fl 3 2EI
例题：已知 F，E，G，求C点铅垂位移
F
C
尺寸：l, d
例4：简支梁受图示荷载作用，试用叠加法求C截面
的挠度和截面转角A。
q A
l/2
B C EI l
q
l/2
q
l/2
A
C EI
B wC
l
A
C EI
B
w (1) C
l
q
l/2
q
l/2
A
C EI
B
w(2) C
l
A C EI l
wC wC wC(2)
B wC
wC
w(1) C
w(2) C
w(1) C
wC
B、C、D： 弯矩方程的分界点
静定(组合)梁如图所示，试分别列出确定积分 常数时需用的边界条件和变形连续条件。
a
q
a
q
A
Bx A
Bx
C
C
l
l
w
w
例3 图示抗弯刚度为EIz的简支梁受集中力P作 用。试求此梁的挠曲线方程和转角方程，并确
定最大挠度和最大转角。
P
a
b
A
LC
B
解：利用平衡方程求两个支反力：
7 ql 16
FB
9 16
ql
qx
q 0 x 0 l x 3l
l 2
y
q
FAx A
积分
FQ
x
qx C2
l
C1 0 x x 3l 2
l
EI FAy l
BC FB l/2
Me x
积分
M x
1 2
qx2
C1x D1
0
xl
C2 x D2 l x 3l 2
边界(A、C点)条件：
线性关系
EI
l w
l/2
x 1M e 2q 3F
叠加原理：梁在几个荷载同时作用时，其任一截 面处的转角（或挠度）等于各个荷载单独作用时梁在 该截面处的转角（或挠度）的总和。
但是有一点需要说明：
适用条件：
1 小变形
2 材料处于弹性阶段且服从胡克定律
为什么线性关系可以叠加？ 线弹性，位移可以叠加
wC
1 2
w(1) C
分析：
q
l/2
A
B
C EI l
q/2
q/2
A
BA
EI B
C EI
C
l
l q/2
表7(4)-1
wC1
5q 2l4
384EI
5ql 4 768EI
A1
q 2l3
24EI
ql 3 48EI
分析C点： FQ
M
w
★结论（规律）：
(1)当梁的支承情况对称，荷载也对称时，则弯矩 图永为对称图形，剪力图永为反对称图形；
→挠度 wC
w wx
●转角
F
A
C
B
C' x
wC x B'
w
x
tan dw w
dx
tan
dw w 挠度与转角之间的关系
dx
挠度与转角的正负号规定： 挠度：
向下为正，反之为负 转角：
顺时针为正，反之为负
？→如何求挠曲线的方程式
2 梁的挠曲线的近似微分方程
纯弯曲：
1
M EI z
非纯弯曲： h 1
wA w x0 0 wB w xl 0
D0 C 1 ql3
24
Bx
转角方程式和挠度方程式分别为：
w q 4x3 6lx2 l3 24 EI z
w q x4 2lx3 l3x 24 EI z
wmax w x l 2
5ql4 384EIz
A
x0
ql3 24EIz
3EI
F l / 22
2EI
l 2
5Fl3 48EI
w
5F
16F1 48EI
l
3
wBF1
F1l 3 3EI
例 试用叠加法求图示悬臂梁自由端B处的挠度。
q.dx
A
q
x
Bx dx
l
w
表7(4)-1(2)
dwB
q dx x2 3l x
6EI
wB
l
0 dwB
ql 4 8EI
表7(4)-1(3)
wmax w(x0 ) 9
Pb 3EIz L
(L2 b2 )3
x0 L2 b2 3
wmax w(x0 ) 9
Pb 3EIz L
(L2 b2 )3
讨论： 1b L 2 x0 L 2
A w
a
Pb
LC
Bx
2b x0 3b 0 lim x0 0.577L
wmax FbL2 9 3 EI 0.0642 FbL2 EI w xl 2 FbL2 16 EI 0.0625 FbL2 EI
1 ql3 96
wc
w
x3l 2
1 384
ql 4
BC FB l/2
Me x
●积分法
4 叠加法计算梁的位移
q
Me
A
BC
EI
x
l
l/2
w
Me 单A 独 作 用w
w
1 EI
x
6l
1
6
x2 l2 Me 3x2 4lx l2
x 24
Me
l3 2lx2 x3 qL
l3 x lqL L
C2
表7(4)-1 ⑵
表7(4)-1 ⑺
wC1
Fa3 3EI
wC 2
B
a
Fa l 3EI
a
wC
请思考：能不能将力F向A点简化，为什么？
例6：
l
l
F
2EI EI
C
A
B
wBe wF wM
l
l
2EI
EI
F
表7(4)-1
wF
Fl 3 3 2EI
C
A
B
A
F′ B
M
F C
表7(4)-1
wM
Fl l2 2 2EI
(2)当梁的支承情况对称，荷载反对称时，则弯矩
图永为反对称图形，剪力图永为对称图形。
q/2
q/2
A
BA
EI B
C EI l
C l q/2
FQ图
M图
q/2 A
EI B
C l q/2
FQ 0 M 0
q/2 A
M
FQ wC 0
跨度为l/2的简支梁
wC 2 0
表7(4)-1
q l 3
A2
2 2 24EI
wmax wL 2
结论：对于简支梁而言，无论集中力P作用在何 处，用w(l/2)代替wmax，最大误差为2.65%。
例4 用积分法求图示外伸梁自由端C的截 面转角和挠度，其中Me=ql2/16。
y q
FAx A EI
FAy
l
Me BC
x
FB l/2
解：取图示的坐标系，求支座反力得：
FAx 0
FAy
FR A
Pb L
FR B
Pa L
显然，AC段与CB段弯矩方程的表达式不一样。
分别列出AC、CB段弯矩方程并积分：
FRA a
P b
FRB
A
LC
B
x
w
AC段
CB段
M1(x)
FR Ax
Pb L
x
0 xa
EI z
w1
M1
(x)
Pbx L
EIz w1
Pbx2 2L
C1
M 2 (x) FR Ax P(x a) a x L
l3
l2
l1
l4
l3
l2
简支梁跨中受集中力作用，如果其它条件不变，
则当梁长增加一倍时，梁内的最大正应力变为原来
的
，最大挠度变为原来的
。
F q
A
B
F q
A
B
A
B
试用叠加法求图示悬臂梁自由端的挠度wB。
A
C F=16kN B
l/2 l
F1
A
C F=16kN B
A
B
wC
w1
w2
F1
wBF
F l / 23
l 10
1 M x x EI z
1
x
1
Hale Waihona Puke ww23
2
小变形
1 d2w
x dx2
d2w dx2
M x
EI z
梁挠曲线的近似微分方程 1 略去了剪力的影响
2 略去了变形高次方
d2w dx2
M x中的正负号:
EI z