3 剪切实用计算-2
剪切计算及常用材料强度..
2.剪切强度计算(1) 剪切强度条件剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。
[]sF A ττ=≤(5-6)这里[τ]为许用剪应力，单价为Pa 或MPa 。
由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷τ0，再除以安全系数n ，得许用剪应力[τ]。
[]n ττ= (5-7) 各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。
一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系：对塑性材料： 对脆性材料： (2) 剪切实用计算剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。
但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。
下面通过几个简单的例题来说明。
例5-1 图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[τ]＝30MPa ，直径d=20mm 。
挂钩及被连接板件的厚度分别为t ＝8mm 和t 1＝12mm 。
牵引力F=15kN 。
试校核销钉的剪切强度。
图5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图解：销钉受力如图5-12(b)所示。
根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和n-n 两个面向左错动。
所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。
由平衡方程容易求出：销钉横截面上的剪应力为：故销钉满足剪切强度要求。
例5-2 如图5-13所示冲床，F max =400KN ，冲头[σ]=400MPa，冲剪钢板的极限剪应力τb =360 MPa 。
试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。
图5-13 冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图解：(1) 按冲头压缩强度计算d所以(2) 按钢板剪切强度计算t钢板的剪切面是直径为d 高为t 的柱表面。
所以例5-3 如图5-14所示螺钉受轴向拉力F 作用，已知[τ]=0.6[σ]，求其d ：h 的合理比值。
材料力学第2版 课后习题答案 第3章 剪切实用计算
P 30 × 10 3 l≥ = = 8.33cm b[τ ] 24 × 10 −3 × 40 × 10 6
l≥
2P 2 × 30 × 10 3 = = 12.7cm h σ iy 10 × 10 −3 × 90 × 10 6
[ ]
取 l = 127 mm 3-8 销钉式安全联轴器如图所示．允许传递扭矩Mn=300N.m。销钉材料的剪切强度 极限τb＝360 MPa，轴的直径D＝30mm。试确定销订的直径d。 解:
推进轴，其凸缘法兰承 小宽度 b=50mm ，材料 j]=22.5Mpa 。试校合其
3-6 某拖轮的螺旋桨 受总推力P=250KN，凸缘最 为 45 号钢，许用剪应力 [ τ 剪切强度。
解
τ =
P 250 × 10 3 = = 3.979 MPa < [τ ] 2πrb π × 0.4 × 0.05
习
题
3-1 夹剪的尺寸如图示，销子C的直径d＝0.5 cm，作用力 P=200 N，在剪直径与用 子直径相同的铜丝A时 ， 若 a＝2cm，b＝15cm． 试求铜丝与销子横截面上的平均剪进力τ。
解:
P × b = QA × a QA = τA = Pb 200 = × 15 = 1500 N a 2
3-2 图示摇臂，试确定其轴销 B 的直径 d 。已知用材料的许用应力 [ τ j]=100Mpa, [σjy]=240Mpa。
解:
74
∑MB = 0
P ⋅ cos 45� × 0.6 = 50 × 0.4
P = 47.14 KN
RB = 37.27 KN τ = R ≤ [τ ] 2 d2
π 4
2×3 2 6 πd [τ ] = π × 26 2 × 100 = 318.6 KN 4 4
剪切和挤压工程力学
τ=Gγ
(3.5)
式(3.5)中，比例常数G与材料有关，称为材料的切变模量，是 表示材料抵抗剪切变形能力的物理量，它的单位与应力的单 位相同，常用GPa，其数值可由实验测得。一般钢材的G约为 80GPa，铸铁约为45GPa。
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3.3 剪切虎克定律 切应力互等定律
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3.3 剪切虎克定律 切应力互等定律
(τdy·dz)·dx= (τ´dy·dx)·dz
得
τ=τ´
(3.6)
为了明确切应力的作用方向，对其作如下号规定：使单元体 产生顺时针方向转动趋势的切应力为正，反之为负。则式 (3.6)应改写为
τ=-τ´
(3.7)
式(3.7)表明，单元体互相垂直两个平面上的切应力必定是同 时成对存在，且大小相等，方向都垂直指向或背离两个平面 的交线。这一关系称为切应力互等定理。
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6.2 剪切和挤压实用计算
当挤压面为平面时，挤压面面积即为实际接触面面积；当为 圆柱面时，挤压面面积等于半圆柱面的正投影面积，如图3-6
所示，Ajy=dl。
为了保证构件具有足够的挤压强度而正常工作，必须满足工
作挤压应力不超过许用挤压应力的条件。即挤压的强度条件
为
jy
F jy A jy
在承受剪切的构件中，发生相对错动的截面称为剪切面。剪
切面上与截面相切的内力称为剪力，用FQ表示 (图3-3d)，其
大小可用截面法通过列平衡方程求出。 构件中只有一个剪切面的剪切称为单剪，如图3-3中的铆钉。
构件中有两个剪切面的剪切则称为双剪，拖车挂钩中螺栓所 受的剪切(图3-4)即是双剪的实例。
工程力学教学课件第3章剪切
F
2d
50103 2 0.017 0.01
147106 147MPa [ bs ]
结论：强度足够。
挤压的实用计算
4.其它连接件的实用计算方法
焊缝剪切计算
l
有效剪切面
h
45接件的实用计算方法
胶粘缝的计算
F
F
F
不同的粘接方式
F
[ ]
F [ ]
F
[ ] [ ]
为充分利用材
料，切应力和挤压
应力应满足
F dh
2
4F
d 2
d 8h
挤压的实用计算
d
第
3 章
b
a
剪 切
解：1.板的剪切强度
例题
图示接头，受轴向力F 作 用。已知F=50kN，b=150mm， δ=10mm，d=17mm，a=80mm， [τ]=120MPa，[σbs]=320MPa，
铆钉和板的材料相同，试校核 其剪切强度和挤压强度。
Fbs
bs
Fbs Abs
bs
Fbs
bs 常由实验方法确定
t
d
挤压的实用计算
切应力强度条件： Fs
A
第 3 章
挤压强度条件：
bs
Fbs Abs
bs
剪 切
塑性材料： 0.5 0.7
bs 1.5 2.5
脆性材料： 0.8 1.0 bs 0.9 1.5
挤压的实用计算
bs
Fbs Abs
F 1.5dt
15 103
1.5 0.02 0.008
62.5106 62.5MPa [bs ]
挤压的实用计算
第 3 章
剪 切
材料力学-第三章-剪切实用计算(上交)
FQ A
材料力学
剪切实用计算
剪切强度条件：
FQ A
[ ]
名义许用剪应力
可解决三类问题： 1、选择截面尺寸; 2、确定最大许可载荷， 3、强度校核。
材料力学
在假定的前提下进行 实物或模型实验，确 定许用应力。
[例3.1 ] 图示装置常用来确定胶接处的抗剪强度，如已知 破坏时的荷载为10kN，试求胶接处的极限剪（切）应力。 F F
F / 2n [ j ] 1 A d 2 4
2F n 3 . 98 2 d [ j ]
FQ
（2）铆钉的挤压计算
jy
Fb F /n [ A jy t1 d
]
jy
]
F n t1 d [
材料力学
3 . 72
jy
剪切实用计算
因此取 n=4. I F/n F/n F/n F F/n
R
R0
t
1 t R0 10 为薄壁圆筒
材料力学
材料力学
（1）
C D A B C D
A B
横截面上存在剪应力
材料力学
纯剪切的概念
（2）其他变形现象：圆周线之间的距离保持不变，仍为圆形， 绕轴线产生相对转动。 横截面上不存在正应力，且横截面上的剪应力的 方向是沿着圆周的切线方向，并设沿壁厚方向是 均匀分布的。 T
h d F d
剪切面
h
解
FN 4 F A d 2 F Q F AQ dh
当 ， 分别达到 [] ， [] 时， 材料的利用最合理
材料力学
F 4F 0 .6 2 得 d : h 2 .4 dh d
剪切实用计算
§5-2 剪切实用计算一、剪切应力的计算要获得剪切面上的应力，应当首先考查剪切面上的内力。
当构件受剪切作用时，在剪切面上自然要产生内力，内力的大小和方向可用裁面法求得。
还是以螺栓受力为例，如图5-9所示。
利用裁面法将螺栓沿剪切面m-m 截开，取其中的一部分为研究对象(本例取下半部分)，由平衡条件可知，螺栓上半部分对下半部分的作用力的合力与外力F 是一对平衡力，它们大小相等、方向相反、作用线相互平行，该力F s 与剪切面m-m 相切，称之为剪力。
图5-9 截面法求取剪力示意图根据平衡条件可知，为保持下半部分螺栓的平衡，作用在剪切面上的内力F s 与外力F 平衡，运用平衡方程可求出内力即剪力的大小为：F s ＝F (5-1)虽然已经求得了剪切内力，但还不能对直接求取剪切应力，因为还不知道剪切面上的应力分布情况。
一般情况下，剪力在剪切面上的分布是很复杂的，像螺栓在外力的作用下不仅发生剪切变形，还有微小的拉伸变形、弯曲变形等。
如果进行精确计算，难度很大，但由于螺栓长度比较短、剪切面比较小，所以发生的拉伸变形、弯曲变形可以忽略不计，所以常采用较为实用的工程计算方法。
此时只考虑连接件的主要变形——剪切变形，可以认为这时的剪切面上只有剪力作用，面且剪力在剪切面上是均匀分布的。
因此，剪切面上的剪切应力(通常称为剪应力或切应力)大小为：sF A τ=(5-2)式中，τ称为剪应力，F s 为剪切面上的剪力，A 为受剪构件的剪切面面积。
剪应力τ的单位与正应力一样，用MPa(N ／mm 2)或Pa(N ／m 2)来表示。
注意，利用式(5-2)很出的剪应力数值，实际上是平均剪应力、是以剪切面上的剪力均匀分布这一假定为前提的，故又称为名义剪应力，名义剪应力实际上就是剪切面上的平均剪应力。
二、剪切应变的计算为分析物体受剪力作用后的变形情况，从剪切面上取一直角六面体分析。
如图5-10所示，在剪力作用下，相互垂直的两平面夹角发生了变化，即不再保持直角，则此角度的改变量γ称为剪应变、又称切应变。
第三章 剪切的实用计算
实用计算方法： *挤压实用计算方法： 挤压实用计算方法
bs
Fb = A bs
hl Abs = 2
h——平键高度 l——平键长度 h
b F l F
第二节 挤压概念及其实用计算
第一节 剪切概念及其实用计算
例题 凸缘联轴节传递的力偶矩Me＝200 N·m，凸缘之间用4 凸缘联轴节传递的力偶矩M N· 凸缘之间用4 只螺栓相联接，螺栓直径d mm，对称地分布在D=80 只螺栓相联接，螺栓直径d＝10 mm，对称地分布在D=80 mm 的圆周上，已知螺栓和轴的材料均为35号钢， 35号钢 的圆周上，已知螺栓和轴的材料均为35号钢，其许用应力 试校核螺栓的剪切和强度。 [τ]=60MPa, 试校核螺栓的剪切和强度。 凸缘
T
T
第二节 挤压概念及其实用计算
挤压：连接件和被连接件在接触面上相互压紧的现象。 挤压：连接件和被连接件在接触面上相互压紧的现象。
F F/2 F/2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F/2
F/2
F
第二节 挤压概念及其实用计算
挤压引起的可能的破坏：在接触表面产生过大的塑性变形、 挤压引起的可能的破坏：在接触表面产生过大的塑性变形、 压碎或连接件（如销钉）被压扁。 压碎或连接件（如销钉）被压扁。 *挤压强度问题（以销为例） 挤压强度问题（以销为例） 挤压力（中间部分）： 挤压力（中间部分）： F
Fb = F
挤压面 Abs ：直径等于d，高度为接 触高度的半圆柱表面。 触高度的半圆柱表面。
F/2
F/2
挤压面上分布的正应力。 挤压应力 σ bs ：挤压面上分布的正应力。
剪切的实用计算
第3章 剪切和挤压的实用计算3.1 剪切的概念在工程实际中，经常遇到剪切问题。
剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)，构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(n m -面)发生相对错动(图3-1b)。
图3-1工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。
构件剪切面上的内力可用截面法求得。
将构件沿剪切面n m -假想地截开，保留一部分考虑其平衡。
例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切的内力Q F (图3-1c)的作用。
Q F 称为剪力，根据平衡方程∑=0Y ，可求得F F Q =。
剪切破坏时，构件将沿剪切面(如图3-la 所示的n m -面)被剪断。
只有一个剪切面的情况，称为单剪切。
图3-1a 所示情况即为单剪切。
受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。
在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力，而只是给出了主要的受力和内力。
实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。
工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。
3.2 剪切和挤压的强度计算3.2.1 剪切强度计算剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。
图3-2a 为一种剪切试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。
当载荷F 增大至破坏载荷b F 时，试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。
这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。
由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为2F F Q =图3-2由于受剪构件的变形及受力比较复杂，剪切面上的应力分布规律很难用理论方法确定，因而工程上一般采用实用计算方法来计算受剪构件的应力。
在这种计算方法中，假设应力在剪切面内是均匀分布的。
剪切、挤压实用计算
例2、 拉杆头部尺寸如图所示，已知[τ] =100MPa，许用挤压应力[jy]=200MPa。 校核拉杆头部的强度。 解:
P 40 103 63.7MPa [ ] dh 20 10
bs
P
F=40KN
2 2 (D d ) 4
40 10 3
三、举例
例1、图示受拉力F作用下的螺栓，已知材料的剪切许用应力[τ] 是拉伸许用应力[σ]的0.6倍。求螺栓直径d和螺栓头高度h的合 理比值。 解
F [ ] dh (1) —
F [ ] 2 d 4 (2) —
F
(1) d [ ] 得： 4 2.4 ( 2) h [ ]
Qmax Q A max ，从而可进行截面设计。 即当Q、[] 已知时，由 A
如：若截面为圆形，由
若截面为正方形，由
1 D 2 A D ？ 4
a Aa ?
2
③许可载荷的确定 (构件最大承载能力的确定)
Qmax A[ ]
Q Q ? F ? 即当A、 ] 已知时，由 [ A
F ab
例5、已知铝板的厚度为 t，剪切强度极限为 b 。为了将其冲
成图示形状，试求冲床的最小冲力。
a a a
3a
a
解：
Pmin b A b 6 4 2 a t
目录
例6 键的强度问题 已知键的尺寸70mm 键 60MPa jy 100MPa 试校核键的强度
h
安全
变形特点：
以两力F之间的横截面为分界面，构件的两部分沿该面发 生相对错动。
剪切变形的定义：具有上述两个特点的变形，即为剪切变形
剪切实用计算例题.ppt
ADD ~ ABB
DD AD BB AB
BB DD /( AD) 4.17103 m AB
拉伸与压缩/轴向拉（压）时的变形
例题6 图示为一 悬挂的等截面混凝土直杆，求在
自重作用下杆的内力、应力与变形。已知杆长 l、A、
比重（ N / m3 ）、E。
解： （1）内力 由平衡条件：
FN ( x)
例 3-3 图示受拉力P作用下的螺栓，已知材料的剪切许用应力 [τ]是拉伸许用应力[σ]的0.6倍。求螺栓直径d和螺栓头高度h的 合理比值及挤压应力。
h
d
材料力学
P
解：
D
h
d
剪切应力:
P [ ] dh
拉应力:
P
d2
[ ]
4 材料力学
(1) 得：
P (1)
(2)
d 4 [ ] 2.4
h [ ]
3
40 kN 30 kN 20 kN
1-1截面
A 1 B 2C 3D
X 0 N1 40 30 20 0 N1
得： N1 50kN(拉）
40 kN 30 kN 20 kN
2-2截面
X 0
N2 30 20 0
N2
30 kN 20 kN
得： N2 10kN(拉）
3-3截面
N 50 kN
1、计算各杆轴力
1
FN 1
1.5m
B A 1
FN 2
2m
F
2
C FN 1
B
FN 2
F
2
F FN 2 cos
FN1 FN 2 sin
解得
FN 1
3 4
F（拉）,
FN 2
材料力学 材料的剪切力
110106 110MPa [ ]
3.板和铆钉的挤压强度
bs
Fbs Abs
F
2d
50103 2 0.017 0.01
147106 147MPa [ bs ]
结论：强度足够。
12
§3-2 纯剪切 切应力互等定理 剪切胡克定律
一、纯剪切
单元体截面上只有切应力而无正应力作用， 这种应力状态叫做纯剪切应力状态。
料相同，试校核其强度。
解：1.板的拉伸强度
FN F A (b 2d )
50 103
(0.15 2 0.017) 0.01
43.1106 43.1MPa [ ]
11
§3-1 连接件的强度计算
d
b
a
2.铆钉的剪切强度
Fs A
4F 2πd 2
2F πd 2
2 50103 π 0.0172
3.挤压的实用计算
F
Fbs
假设应力在挤压面上是均
匀分布的
F
得实用挤压应力公式
bs
Fbs Abs
*注意挤压面面积的计算
Fbs
Abs d
挤压强度条件： bs
Fbs Abs
bs
bs 常由实验方法确定
7
§3-1 连接件的强度计算
切应力强度条件： Fs
A
挤压强度条件：
bs
Fbs Abs
G E
2(1 )
表明3个常数只有2个是独立的
17
小结
1. 剪切变形的特点 2. 剪切实用计算 3. 挤压实用计算 4. 纯剪切的概念 5. 切应力应力应满足
bs 2
F dh
2
4F
d 2
d 8h
剪切和挤压实用计算
剪切和挤压实用计算剪切和挤压是材料力学中常见的载荷形式，广泛应用于工程实践中。
剪切是指在材料中施加垂直于表面的切力，而挤压是指在材料中施加平行于表面的压力。
在工程设计和材料选择过程中，必须对剪切和挤压的载荷进行合理的计算，以确保结构和材料的安全性和可靠性。
本文将介绍剪切和挤压的实用计算方法，并提供一些实际应用案例，以帮助读者更好地理解和应用这些计算方法。
一、剪切的实用计算1.剪切力的计算剪切力是指作用在材料上的垂直于断面的力，可通过以下公式进行计算：剪切力=剪切应力×断面积其中，剪切应力是材料上的剪切应力，可以通过以下公式进行计算：剪切应力=剪切力/断面积2.剪切应力的计算剪切应力是剪切力对应的应力，即单位面积上的剪切力。
对于不同的材料，剪切应力的计算方法略有不同。
对于均匀材料，可以使用以下公式计算剪切应力：剪切应力=剪切力/断面积对于层合材料，由于材料的不同层之间可能存在剪切位移，剪切应力的计算较为复杂。
通常使用剪切力与剪切位移之间的关系来计算剪切应力。
3.剪切应变的计算剪切应变是指材料在受到剪切应力作用时产生的变形。
剪切应变的计算可以使用以下公式：剪切应变=切变角/材料长度其中，切变角可以通过材料变形前后标记点的位移计算得到。
二、挤压的实用计算1.挤压压力的计算挤压压力是指作用在材料上的平行于表面的压力，可以通过以下公式进行计算：挤压压力=挤压应力×断面积其中，挤压应力是指单位面积上的挤压力，可以通过以下公式进行计算：挤压应力=挤压压力/断面积2.挤压应力的计算挤压应力是指挤压压力对应的应力，即单位面积上的挤压力。
对于不同的材料，挤压应力的计算方法略有不同。
对于均匀材料，可以使用以下公式计算挤压应力：挤压应力=挤压压力/断面积对于复杂的材料结构，可以将材料分解为多个小单元，分别计算其挤压应力，再根据应力平衡原理计算整个结构的挤压应力。
3.挤压应变的计算挤压应变是指材料在受到挤压应力作用时产生的变形。
剪切的实用计算范文
剪切的实用计算范文剪切是一种常见的机械加工方法，用于将工件从材料中分离出来，常用于金属加工、纺织、纸张制造等行业。
剪切的实用计算是在进行剪切工艺时，根据工件和剪切机的参数，计算出所需的力、动能、工作时间等相关参数，以确保剪切操作的准确和高效。
剪切力计算是剪切过程中最常见的实用计算之一、剪切力是指施加在工件上的力量，以使工件从材料中分离出来。
剪切力的大小受到多个因素的影响，包括工件材料的性质、工件的形状和尺寸、剪切速度等。
常用的剪切力计算公式如下：F=S×L×σ式中，F表示剪切力，S表示剪切面积，L表示工件的长度，σ表示工件的抗剪强度。
根据具体情况，可以通过测量工件的尺寸和使用标准试样测试得到的抗剪强度数据，来计算出所需的剪切力。
剪切动能计算是剪切过程中另一个重要的实用计算。
剪切动能是指为了使工件从材料中分离所需的能量。
剪切动能的大小也受到多个因素的影响，包括工件材料的性质、工件形状和尺寸、剪切速度等。
常用的剪切动能计算公式如下：K=F×L式中，K表示剪切动能，F表示剪切力，L表示工件的长度。
剪切动能的计算可以通过先计算出剪切力，然后乘以工件的长度得到。
剪切时间计算是剪切过程中另一个重要的实用计算。
剪切时间是指完成整个剪切过程所需的时间。
常用的剪切时间计算公式如下：t=L/V式中，t表示剪切时间，L表示工件的长度，V表示剪切速度。
剪切时间的计算可以通过将工件的长度除以剪切速度得到。
除了上述的实用计算外，还有其他一些与剪切相关的实用计算，如剪切刀口的尺寸计算、剪切刀具的选择和参数计算等。
这些计算都是为了确保剪切操作的准确性和高效性，提高生产效率和产品质量。
剪切的实用计算
材料力学：剪切与挤压实用计算
教学反思与总结
对本次教学的反思：本次教学 内容充实，方法得当，学生参 与积极，教学效果良好。但还 需进一步优化教学方法，加强 实践环节
对本次教学的总结：通过本次教学 ，学生掌握了剪切与挤压的基本概 念和原理，并能够应用实用计算方 法解决实际问题。同时，通过案例 分析讨论，学生深入了解了剪切与 挤压在工程实践中的应用
剪切应力与剪切强度计算
剪切应力计算公式及解释
剪切强度计算公式及解释
剪切应力与剪切强度的关 系
CHAPTER 5
挤压应力与挤压强度计算
挤压应力与挤压强度计算
挤压应力计算公式 及解释
挤压强度计算公式 及解释
挤压应力与挤压强 度的关系
24
CHAPTER 6
剪切与挤压实用计算方法 详解
剪切与挤压实用计算方法详解
难点：深入理解 剪切与挤压的原 理，并将其应用 于实际问题中
材料力学：剪切与挤压实用计算
教学方法与手段
方法：讲解法、 演示法、练习法 、案例分析法
手段：PPT演示、 板书讲解、实物 展示、案例分析 讨论
材料力学：剪切与挤压实用计算
教学评价与反馈
评价：课堂小测验、作业评价、考试评估 反馈：收集学生反馈意见，及时调整教学方法和内容
材料力学：剪切与挤压实用计算
四、剪切与挤压在工程实践中的应用
工程实例1：(桥梁结构中的 剪切与挤压应用)
工程实例2：(机械设备中的 剪切与挤压应用)
工程实例3：(建筑结构中的 剪切与挤压应用)
材料力学：剪切与挤压实计算
教学重点与难点
材料力学：剪切与挤压实用计算
重点：掌握剪切 与挤压的实用计 算方法，理解剪 切与挤压在工程 实践中的应用
剪切计算公式
2.剪切强度计算 (1) 剪切强度条件剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。
[]sF A ττ=≤(5-6)这里[τ]为许用剪应力，单价为Pa 或MPa 。
由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷τ0，再除以安全系数n ，得许用剪应力[τ]。
[]n ττ=(5-7)各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。
一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系： 对塑性材料：[]0.60.8[]τσ= 对脆性材料：[]0.8 1.0[]τσ=(2) 剪切实用计算剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。
但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。
下面通过几个简单的例题来说明。
例5-1 图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[τ]＝30MPa ，直径d=20mm 。
挂钩及被连接板件的厚度分别为t ＝8mm 和t 1＝12mm 。
牵引力F=15kN 。
试校核销钉的剪切强度。
图5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图解：销钉受力如图5-12(b)所示。
根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和n-n 两个面向左错动。
所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。
由平衡方程容易求出：2s F F =销钉横截面上的剪应力为：332151023.9MPa<[]2(2010)4s F A ττπ-⨯===⨯⨯故销钉满足剪切强度要求。
例5-2 如图5-13所示冲床，F max =400KN ，冲头[σ]=400MPa ，冲剪钢板的极限剪应力τb =360 MPa 。
试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。
图5-13 冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图解：(1) 按冲头压缩强度计算dmax max2=[]4F F d Aσσπ=≤所以0.034 3.4d m cm≥===(2) 钢板的剪切面是直径为d 高为t 的柱表面。
(整理)剪切计算公式.
2.剪切强度计算 (1) 剪切强度条件剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。
[]sF A ττ=≤(5-6)这里[τ]为许用剪应力，单价为Pa 或MPa 。
由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷τ0，再除以安全系数n ，得许用剪应力[τ]。
[]n ττ=(5-7)各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。
一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系： 对塑性材料：[]0.60.8[]τσ= 对脆性材料：[]0.8 1.0[]τσ=(2) 剪切实用计算剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。
但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。
下面通过几个简单的例题来说明。
例5-1 图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[τ]＝30MPa ，直径d=20mm 。
挂钩及被连接板件的厚度分别为t ＝8mm 和t 1＝12mm 。
牵引力F=15kN 。
试校核销钉的剪切强度。
图5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图解：销钉受力如图5-12(b)所示。
根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和n-n 两个面向左错动。
所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。
由平衡方程容易求出：2s F F =销钉横截面上的剪应力为：332151023.9MPa<[]2(2010)4s F A ττπ-⨯===⨯⨯故销钉满足剪切强度要求。
例5-2 如图5-13所示冲床，F max =400KN ，冲头[σ]=400MPa ，冲剪钢板的极限剪应力τb =360 MPa 。
试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。
图5-13 冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图解：(1) 按冲头压缩强度计算dmax max2=[]4F F d Aσσπ=≤所以0.034 3.4d m cm ≥===(2) 钢板的剪切面是直径为d 高为t 的柱表面。
剪切计算公式
2.剪切强度计算 (1) 剪切强度条件剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。
[]sF A ττ=≤(5-6)这里[τ]为许用剪应力，单价为Pa 或MPa 。
由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷τ0，再除以安全系数n ，得许用剪应力[τ]。
[]n ττ=(5-7)各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。
一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系： 对塑性材料：[]0.60.8[]τσ= 对脆性材料：[]0.8 1.0[]τσ=(2) 剪切实用计算剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。
但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。
下面通过几个简单的例题来说明。
例5-1 图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[τ]＝30MPa ，直径d=20mm 。
挂钩及被连接板件的厚度分别为t ＝8mm 和t 1＝12mm 。
牵引力F=15kN 。
试校核销钉的剪切强度。
图5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图解：销钉受力如图5-12(b)所示。
根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和n-n 两个面向左错动。
所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。
由平衡方程容易求出：2s F F =销钉横截面上的剪应力为：332151023.9MPa<[]2(2010)4s F A ττπ-⨯===⨯⨯故销钉满足剪切强度要求。
例5-2 如图5-13所示冲床，F max =400KN ，冲头[σ]=400MPa ，冲剪钢板的极限剪应力τb =360 MPa 。
试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。
图5-13 冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图解：(1) 按冲头压缩强度计算dmax max2=[]4F F d Aσσπ=≤所以0.034 3.4d m cm ≥===(2) 钢板的剪切面是直径为d 高为t 的柱表面。
剪切计算及常用材料强度
2.剪切强度计算 (1) 剪切强度条件剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。
[]sF A ττ=≤(5-6)这里[τ]为许用剪应力，单价为Pa 或MPa 。
由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷τ0，再除以安全系数n ，得许用剪应力[τ]。
[]n ττ=(5-7)各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。
一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系： 对塑性材料：[]0.60.8[]τσ= 对脆性材料：[]0.8 1.0[]τσ=(2) 剪切实用计算剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。
但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。
下面通过几个简单的例题来说明。
例5-1 图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[τ]＝30MPa ，直径d=20mm 。
挂钩及被连接板件的厚度分别为t ＝8mm 和t 1＝12mm 。
牵引力F=15kN 。
试校核销钉的剪切强度。
图5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图解：销钉受力如图5-12(b)所示。
根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和n-n 两个面向左错动。
所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。
由平衡方程容易求出：2s F F =销钉横截面上的剪应力为：332151023.9MPa<[]2(2010)4s F A ττπ-⨯===⨯⨯故销钉满足剪切强度要求。
例5-2 如图5-13所示冲床，F max =400KN ，冲头[σ]=400MPa ，冲剪钢板的极限剪应力τb =360 MPa 。
试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。
图5-13 冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图解：(1) 按冲头压缩强度计算dmax max2=[]4F F d Aσσπ=≤所以0.034 3.4d m cm≥===(2) 按钢板剪切强度计算t钢板的剪切面是直径为d 高为t 的柱表面。
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剪切和挤压实用计算
解：剪切面如图所示。剪
F/2 F
切面面积为：
A Lb
由剪切强度条件：
剪切面
F/2
Fs F / 2 [ ] A Lb
由挤压强度条件：
F L 100 mm 2b[ ]
bs
Fbs F /2 [ bs ] Abs b
材料力学
F 10mm 2b[ bs ]
材料力学
剪切和挤压实用计算/剪切实用计算
解：剪切面是钢板内被
F
冲头冲出的圆柱体
的侧面：
A dt
冲孔所需要的冲剪力： 故
F t
3
F
F A 0
40010 A 0 300106 F
3
剪切面
1.33 10 m
3
2
即
1.33 10 t 0.1245m 12.45mm d 材料力学
挤压面 Abs ：直径等于d，高度为接
F/2
F/2
触高度的半圆柱表面。
挤压应力 bs ：挤压面上分布的正应力。
材料力学
剪切和挤压实用计算/挤压实用计算
*挤压实用计算方法： 假设挤压应力在整个挤压面上均匀分布。 挤压面面积的计算：
bs
Fbs Abs
1、平面接触（如平键）：挤压面面积等于实际的承压面积。
求应力（剪应力）： *实用计算方法：根据构件破坏的可能性，以直接试验 为基础，以较为近似的名义应力公式进行构件的强度计 算。 名义剪应力：假设剪应力在整个剪切面上均匀分布。
Fs A
材料力学
剪切和挤压实用计算/剪切实用计算
剪切强度条件：
Fs [ ] A
可解决三类问题： 1、选择截面尺寸; 2、确定最大许可载荷； 3、强度校核。
bs
Fb [ bs ] Abs
F F
Abs d
d——铆钉或销钉直径，
材料力学
——接触柱面的长度
剪切和挤压实用计算/挤压实用计算
*挤压强度条件：
bs
*注意：
Fbs [ bs ] Abs
名义许用挤压应 力，由试验测定。
在应用挤压强度条件进行强度计算时，要注意连接件与被连接 件的材料是否相同，如不同，应对挤压强度较低的材料进行计 算，相应的采用较低的许用挤压应力。
第三章 剪切和挤压实用计算
材料力学
一、剪切的实用计算
材料力学
剪切和挤压实用计算/剪切实用计算
C
1 A 2
F
连接件：铆钉、销钉、螺栓、 键等。
B
连接件受力以后产生的变形
主要是剪切变形。
材料力学
剪切和挤压实用计算/剪切实用计算
*受力特征：
杆件受到两个大小相等，方
F
向相反、作用线垂直于杆的
轴线并且相互平行且相距很 近的力的作用。
材料力学
剪切和挤压实用计算
例题3-3 两矩形截面木杆，用两块钢板连接如图示。已知拉杆的 截面宽度 b=25cm，沿顺纹方向承受拉力F=50KN，木材的顺纹许 用剪应力为 [ ] 1MPa , 顺纹许用挤压应力为 [ bs ] 10MPa 。试求 接头处所需的尺寸L和 。
F
bFLL材料力学剪切和挤压实用计算/挤压实用计算
挤压：连接件和被连接件在接触面上相互压紧的现象。
F
F/2
F/2
F/2
F/2
材料力学
F
剪切和挤压实用计算/挤压实用计算
挤压引起的可能的破坏：在接触表面产生过大的塑性变形、 压碎或连接件（如销钉）被压扁。 F
*挤压强度问题（以销为例）
挤压力（中间部分）：
Fbs F
hl Abs 2
h——平键高度 l——平键长度
b Why?
F
l F
h
材料力学
剪切和挤压实用计算/挤压实用计算
键:连接轴和轴上的传动件（如齿轮、皮带轮等）,使 轴和传动件不发生相对转动，以传递扭矩。
材料力学
剪切和挤压实用计算/挤压实用计算
2、柱面接触（如铆钉）：挤压面面积为实际的承压面积在其直径 平面上的投影。 挤压强度条件：
剪切和挤压实用计算/剪切实用计算
例题3-2 凸缘联轴节传递的力偶矩T＝200 N· m，凸缘之间用4只
螺栓相联接，螺栓直径d＝10 mm，对称地分布在D=80 mm的圆周上， 已知螺栓和轴的材料均为35号钢，其许用应力[]=60MPa, 试校核
螺栓的剪切强度。
材料力学
二、挤压的实用计算
材料力学
F
剪切面
*变形特征：
杆件沿两力之间的截面发生错动，直至破坏（小矩形 剪切面：发生错动的面。 单剪：有一个剪切面的杆件，如铆钉。
）。
材料力学
剪切和挤压实用计算/剪切实用计算
单剪
一个剪切面
Fs
材料力学
剪切和挤压实用计算/剪切实用计算
双剪：有两个剪切面的杆件，如螺栓。
F
F/2
材料力学
F/2
剪切和挤压实用计算/剪切实用计算
材料力学
名义许用剪应力
在假定的前提下进行 实物或模型实验，确 定许用应力。
剪切和挤压实用计算/剪切实用计算
例题3-1 图示冲床的最大冲压力为400KN，被冲剪钢板的剪切极限 应力为 300103 KN / m2 t。已知 d=34mm。 ,试求此冲床所能冲剪钢板的最大厚度 F 冲头 钢板 d 冲模 t