材料力学叠加法求变形

0 5ql4 768EI
A
A1
A2
ql 3 48EI
ql 3 384EI
3ql 3 128EI
B
B1
B2
ql 3 48EI
ql 3 384EI
7ql 3 384EI
例题 5-5
试按叠加原理求图a所示外伸梁的截面B的转角
B，以及A端和BC段中点D的挠度wA和wD。已知
EI为常量。
例题 5-5
而且该截面上的弯矩亦为零，但转角不等于零，
因此可将左半跨梁 AC 和右半跨梁 CB分别视为
受集度为 q/2 的均布荷载作用而跨长为 l/2 的简
支梁。查有关梁的挠度和转角的公式得
A2
B2
q / 2l / 23
24EI
ql 3 384EI
例题 5-4
按叠加原理得
wC
wC 1
百度文库
wC 2
5ql 4 768EI
qa 3 4 EI
顺时针
wC
B
a qa4 8EI
5qa4 24 EI
[例8-6]求图示梁B、D 两处的挠度 wB、 wD 。
解：
q(2a)4 qa(2a)3 14qa4
wB 8EI
3EI
3EI
wD
wB 2
2qa(2a)3 48EI
8qa 4 3EI
[例8-7]求图示梁C点的挠度 wC。
a
2qa
8EI
4
7 qa4 12 EI
逐段刚化法：
变形后：AB AB` BC B`C`
变形后AB部分为曲线 BC部分为直线。
C点的位移为：wc
wc wB wc
wB
B
L 2
例：求外伸梁C点的位移。
P
A
B
C
L
a
将梁各部分分别 引起的位移叠加
解： 1）BC部分引起的位移fc1、 θc1
P
A
B
16EI
1 qa4 24 EI
()
例题 5-5
图b所示悬臂梁AB的受力情况与原外伸梁AB
段相同，但要注意原外伸梁的B截面是可以转动的，
其转角就是上面求得的B，由此引起的A端挠度 w1=|B|·a，应叠加到图b所示悬臂梁的A端挠度w2
上去,才是原外伸梁的A端挠度wA wA w1 w2
1 3
qa3 EI
P
解：由刚度条件
wmax
Pl 3 48 EI
[w]
l 500
得
P
48EI 500l 2
7.11 kN
所以 [ P] 7.11 kN
max
M max Wz
Pl 4Wz
60MPa [ ]
所以满足强度条件。
例题 5-7
图a所示简支梁由两根槽钢组成(图b)，试按强
度条件和刚度条件选择槽钢型号。已知[]=170
MPa，[]=100
MPa，E=210
GPa，
w l
1 400
。
例题 5-7
解:一般情况下，梁的强度由正应力控制，选择梁横 截面的尺寸时，先按正应力强度条件选择截面尺寸， 再按切应力强度条件进行校核，最后再按刚度条件 进行校核。如果切应力强度条件不满足，或刚度条 件不满足，应适当增加横截面尺寸。
挠度 wC 和两端截面的转角A 及 B。已知EI为
常量。
例题 5-4
解: 为了能利用简单荷载作用 下梁的挠度和转角公式， 将图a所示荷载视为与跨 中截面C正对称和反对称 荷载的叠加(图b)。
例题 5-4
C
A1 wC
在集度为q/2的正对称均 布荷载作用下，查有关梁的 B1 挠度和转角的公式，得
wC1
解：
三. 梁的刚度条件 刚度条件：wmax [ w];
ll
max [ ]
机械：1/5000~1/10000, 土木：1/250~1/1000 机械：0.005~0.001rad
[w]、[θ]是构件的许可挠度和转角，它们决定于构
件正常工作时的要求。
[例8-8]图示工字钢梁，l =8m，Iz=2370cm4,Wz=237cm3 ，[ w/l ]= 1／500，E=200GPa，[σ]=100MPa。试根据梁 的刚度条件，确定梁的许可载荷 [P]，并校核强度。
PaL 3EI
a
[例8-4] 欲使AD梁C点挠度为零，求P与q的关系。
解：
wC
5q(2a)4
384 EI
Pa(2a)2 16 EI
0
P 5 qa 6
[例8-5] 用叠加法求图示梁Ｃ端的转角和挠度。
解: qa 2
B
2 2a qa (2a)2
3EI
16EI
qa3 顺时针
12 EI
C
B
qa 3 6EI
§8-3 用叠加法计算梁的变形及 梁的刚度计算
一、用叠加法计算梁的变形
在材料服从胡克定律、且变形很小的前 提下,载荷与它所引起的变形成线性关系。
当梁上同时作用几个载荷时，各个载荷所 引起的变形是各自独立的，互不影响。若计算 几个载荷共同作用下在某截面上引起的变形， 则可分别计算各个载荷单独作用下的变形，然 后叠加。
简支梁BC，由q产生的Bq 、wDq(图d)，由MB产生的 BM 、wDM (图e)。可查有关式，将它们分别叠加后 可得 B、wD，它们也是外伸梁的 B和wD。
例题 5-5
B
Bq
BM
q2a 3
24EI
qa 2 2a
3EI
1 qa3 3 EI
wD
wDq
wDM
5 q2a4
384 EI
qa 2 2a 2
C
刚化
P
EI=
C
θc1
fc1
pa3 3EI
fc1
c1
pa2 2EI
2）AB部分引起的位移fc2、 θc2
P
A
θ B B2
C
fc2 刚化
EI=
B2
PaL 3EI
fc2 B2 a
PaL a 3EI
c c1 B2
θB2
P Pa
c
Pa 2 2EI
PaL 3EI
fc fc1 fc2
fc
pa3 3EI
[例8-3]如图用叠加法求 wC、A、B
解：1.求各载荷产生的位移 2.将同点的位移叠加
=
wC
5qL4 384EI
A
qL3 24EI
B
qL3 24EI
+
PL3 48EI
PL2
16EI PL2
16EI
+
ML2 16EI
ML 3EI
ML 6EI
例题 5-4
试按叠加原理求图a所示简支梁的跨中截面的
5q / 2l4
384EI
5ql4 768EI
A1
q / 2l 3
24EI
ql 3 48EI
B1
q / 2l 3
24EI
ql 3 48EI
例题 5-4
在集度为q/2的反对称均布
B2 荷载作用下，由于挠曲线也是
C
A2
与跨中截面反对称的，故有
wC 2 0
注意到反对称荷载作用下跨中截面不仅挠度为零，
解: 利用简支梁和悬臂梁的挠度和转角公式，将图
a所示外伸梁看作由悬臂梁AB(图b)和简支梁BC(图c)
所组成。
FS B
2qa
和弯矩
M B
1 2qa2 qa2应当作为外
2
力和外力偶矩施加在悬臂梁和简支梁的B截面处，
它们的指向和转向如图b及图c所示。
例题 5-5
图c中所示简支梁BC的受力情况以及约束情况 与原外伸梁BC段完全相同，注意到简支梁B支座处 的外力2qa将直接传递给支座B，而不会引起弯曲。