梁弯曲

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梁的各纵向层互不挤压,即梁的纵截面上无正应力作用
(1)变形规律(续)
中性层---根据平面假 设梁弯曲后,其纵向 层一部分产生伸长变 形,另一部分则产生 缩短变形,二者交界 处存在既不伸长也不 缩短的一层。 中性轴---中性层与横截面的交线。横截面上位于中性轴 两侧的各点分别承受拉应力或压应力;中性轴上各点的 应力为零。
E
E

y
纯弯梁横截面上任一点处的正应力与该点到中性 轴的垂直距离y成正比。
(3)应力计算公式
静力平衡: M MZ E
A

y dA
2
E

IZ
M .y IZ
截面惯性矩: I Z y 2 dA
A
梁在横弯曲作用下,其横截面上不仅有正应力,还 有剪应力。对于细长梁l≥5h,剪应力对正应力和弯曲 变形的影响很小,可以忽略不计,应变和应力公式仍然 适用。但要求:对于横截面具有对称轴的梁,外力要作 用在对称平面内;对于横截面无对称轴的梁,外力要作 用在形心主轴平面内。
梁的平面弯曲
3、纵向对称面— 通过梁的轴线和 横截面的对称轴 的平面。
4、平面弯曲:梁的每一个横截面至少有一根对称轴,这 些对称轴构成对称面。所有外力都作用在其对称面内时, 梁弯曲变形后的轴线将是位于这个对称面内的一条曲线, 这种弯曲形式称为平面弯曲,如图所示。
平面弯曲的两种形式 横截面上有弯矩又有剪力。 例如:AC和DB段。 称为横力弯曲
FB 25kN
又由
M
由①、②得
FA 35kN
(2)求截面1-1上的内力
在截面1-1处将梁截开,取左段梁为研究对象,画出其受力图如图1 (b),内力 FS1和 M 1 均先假设为正的方向,列平衡方程:

F
y
0 得
1
FA F1 FS1 0

M
0

FA 2 F1 1 M1 0
Fmax=44.2kN
8-9:当力F直接作用于简支梁的中点时,梁的最大正应力 超过许用应力的30%,为了消除这一现象,可以配置如图所 示的辅助梁CD。试求此辅助梁的跨度a。
a=3l/13
8-10:一铸铁梁的受力和截面尺寸如图所示, IZ=7.64×106mm2。铸铁材料的拉、压许用应力分别为 [+]=40MPa、 [-]=80MPa。试校核此是否安全。 解:(1)绘梁的内力图 (2)强度校核 M B ymax max IZ
(2)弯矩符号:使一微段梁发生向下凹的弯曲变形的 弯矩规定为正,反之为负
剪力与弯矩的符号规定:
因左、右截面上剪力、弯矩的方向一定是相反 的 。故对弯曲内力的符号做如下规定: 有使研究段产生顺时针旋转趋势的剪力为正, 反之为负;使保留段产生下凸变形的弯矩为正,反 之为负。 口诀:左上右下,剪力为正;左顺右逆,弯矩为正
C=108.6MPa
例6: 矩形截面外伸梁如图所示,已知q=10kN/m,l=4m, h=2b,[]=160MPa。试确定梁的截面尺寸。
h=2b=94.4mm
8-6:圆截面外伸梁如图所示,已知F=10kN,T=5kN.m, []=160MPa,a=500mm。试确定梁的直径。
dmin=86mm
2、梁弯曲的正应力公式 (1)变形规律
பைடு நூலகம்
(a) 横线(m-m,n-n)仍是直 线,只是发生相对转动,但 仍与纵线(a-a,b-b)正交。 (b) 纵线(a-a,b-b)弯曲 成曲线,且梁的一侧伸长, 另一侧缩短。 平面假设----梁变形后,其 横截面仍保持平面,并垂直 于变形后梁的轴线,只是绕 着梁上某一轴转过一个角度。
FS Fy左

FS Fy右
上两式说明:梁内任一横截面上的剪力在数值上等于该截面一侧所有 外力在垂直于轴线方向投影的代数和。若外力对所求截面产生顺时针方向 转动趋势时,其投影取正号(图8-6a);反之取负号(图8-6b),此规律可记 为“顺转剪力正”。
2.求弯矩的规律 计算弯矩时,对截面左(或右)段梁建立力矩方程,经过移项后可得
例:图示简支梁在C点受集中力偶m作用。试建立梁的 剪力方程和弯矩方程,并作剪力图和弯矩图。 解:(1)求支座反力 RA=RB=m/l (2)建立剪力与弯矩方程
Q1(x)=m/l,M1(x)=mx/l
Q2(x)=m/l,M2(x)=-m(l-x/l) (3)作剪力图和弯矩图 (4)求Qmax和Mmax
2、剪力图和弯矩(bending moment)图 (1)剪力方程和弯矩方程---取梁的一端为坐标原点, 以梁的轴线为横坐标x ,表示横截面在梁轴线上的位 置;用截面法依据静力平衡条件求得剪力和弯矩随坐 标x变化的函数。 Q=f1(x),M=f2(x)
(2)剪力图和弯矩图—用图线表示梁的各截面上的 剪力和弯矩沿梁的轴线变化的情况。可以确定梁的 最大剪力和最大弯矩。
例8-3 用简易法求图8-10所示简支梁1-1截面上的剪力和弯矩。
例如图1所示简支梁。已知 F1 30kN 试求截面1-1上的剪力和弯矩。
F2 30kN
解:(1)求支座反力

图1
M
A
0
B

0 得
F1 1 F2 4 FB 6 0
F1 5 F2 2 FA 6 0
梁的弯曲
一、梁弯曲时的内力—剪力与弯矩 二、平面弯曲正应力与强度条件 三、平面弯曲切应力与强度条件 四、提高梁的强度与刚度的措施
梁的弯曲概念
1、弯曲:杆件在通 过轴线的纵向平面内, 受到垂直于其轴线的 外力或外力偶的作用, 使杆件的轴线变成曲 线,这种变形称为弯 曲。 2、梁:通常以弯曲 为主要变形的构件 称为梁。
5 106 88 7.64106 57.6MPa

max 40.3MPa
例I-3:求一下各图形对形心轴Z的惯性矩。
4、提高梁的强度的措施 (1) 减小最大弯矩 (a)
M max ymax max IZ
改变加载的位置或加载方式
例图示的简支梁承受集度为q的均布载荷。试写出该梁的 剪力方程与弯矩方程,并作剪力图与弯矩图。 解:(1)求支座反力 RA=RB=ql/2 (2)建立剪力与弯矩方程 Q(x)=ql/2-qx M(x)=q(lx-x2)/2 (3)作剪力图和弯矩图 (4)求Qmax和Mmax
试列出图示各梁的剪力和弯矩方程,并作剪力图和弯矩 图,求出Qmax和Mmax。
(1) 减小最大弯矩
(b) 改变支座的位置
返回
(2)提高抗弯截面系数
M M C左

M M C右
上两式说明:梁内任一横截面上的弯矩在数值上等于该截面一侧所有外力(包 括力偶)对该截面形心力矩的代数和。将所求截面固定,若外力矩使所考虑的梁 段产生下凸弯曲变形时(即上部受压,下部受拉),等式右方取正号;反之取负号, 此规律可记为“下凸弯矩正”。 用简易法求内力可以省去画受力图和列平衡方程从而简化计算过程。
(bending by transverse force)。
横截面上只有弯矩没有剪力。
例如:CD段。 称为纯弯曲(pure bending)。
4
静定梁的基本形式
简支梁:一端为固定铰 支座,而另一端为可动 铰支座的梁 悬臂梁:一端为固定端, 另一端为自由端的梁 外伸梁:简支梁的一端或两端 伸出支座之外的梁
F
y
0
得 得
FS1 qa F 0
M 1 qa a Fa 0 2
由 M1 0 得
FS1 13kN
M 1 18kN m
阵求得FS 1 为正值,表示 FS 1 的实际方向与假定的方向相同; M 1为负 值, 表示 M 1 的实际方向与假定的方向相反。所以,按梁内力的符 号规定,1-1截面上的剪力为正,弯矩为负。 (二)简易法求内力 求梁的内力还可用简便的方法来进行,称为简易法。 通过上述例题,可以总结出直接根据外力计算梁内力的规律。 1.剪力的规律 计算剪力时,对截面左(或右)段梁建立投影方程,经过移项后可得
一、梁弯曲时的内力—剪力与弯矩
1、剪力Q和弯矩M---剪力是横截面切向分布内力的合力; 弯矩M是横截面法向分布内力的合力偶矩。
(1)用截面法,根 据静力平衡求内力 ∑FY=0: ∑MA=0: M=P1.a+Q.x =P1.a+(RA-P1).x Q=RA-P1
(2)内力符号规定 (1)剪力符号:使梁产生顺时针转动的剪力规定为正, 反之为负
F1 FA F1 35 30 5kN
由①、②得
M 1 FA 2 F1 1 40kN.m
求得 FS1 和 M 1 均为正值,表示截面1-1上内力的实 际方向与假定的方向相同;按内力的符号规定,剪力、弯矩 都是正的。所以,画受力图时一定要先假设内力为正的方向, 由平衡方程求得结果的正负号,就能直接代表内力本身的正 负。 如取1-1截面右段梁为研究对象,可得出同样的结果。
(1)变形规律(续) 考察梁上相距为dx的微段,其变形如图b所示。则 距中性轴为y处的纵向层a-a弯曲后的长度为(+y)d, 其纵向正应变为
( y )d d y d
纯弯曲时梁横截面上各点的纵向线应变沿截面高度 线性分布。
(2)应力分布 以上分析表明:梁横截面上各点只受正应力作用, 再考虑到纵向层之间互不挤压的假设,所以纯弯梁各点 处于单向应力状态。对于线弹性材料,根据胡克定律
梁的计算简图
梁的支承条件与载荷情况一般都比较复杂,为了便于分析计算, 应进行必要的简化,抽象出计算简图。 1. 构件本身的简化
由于所研究的是等截面的直梁,而且外力为作用在梁纵对称面内
的平面力系,因此,在梁的计算简图中,通常取梁的轴线来代替梁。 2. 载荷简化 作用于梁上的载荷(包括支座反力)可简化为三种类型: 集中力、集中力偶和分布载荷。
二、平面弯曲正应力与强度条件 1、梁弯曲的应力特点 (1)梁的横截面上同时存在 剪力和弯矩时,这种弯曲称 为横弯曲。横弯梁横截面上 将同时存在剪应力和正应力 。而且剪应力只与剪力有关, 正应力只与弯矩有关。 (2)纯弯曲—如图示平面弯 曲梁,CD段内各横截面上的剪 力为零,而弯矩为常数。
返回
4
圆柱截面
I Z IY
IZ IY
d
64
4
WZ WY
d 3
32
园环形截 面

D 4
64
(1 )
WZ WY

D3
32
(1 4 )
例 横截面为空心的圆截面梁,受正值弯矩M=10kN.m的作 用,求横截面上A、B、C各点出的弯曲正应力。
A=-54.3MPa B=0
3、梁弯曲正应力强度条件 (1)弯曲强度条件
M max ymax M max max IZ WZ
IZ---截面对z轴的惯性矩 WZ---抗弯截面系数
(2)常见截面惯性矩与抗弯截面系数
矩形截面
bh3 IZ 12 hb3 IY 12
bh2 WZ 6 hb2 WY 12
8-7:图示悬臂梁受均布载荷作用,且q=40kN/m,梁的许 用应力[]=140MPa,试对以下三种形状比较所耗材料(1) h=2b的矩形,(2)圆形,(3)工字形。
矩形:A1=7152.1mm2 圆形:A2=10082.1mm2 工字形:A3=2610mm2
8-8: T形铸铁梁如图所示,已知许用拉应力[+]=40MPa, 许用压应力[-]=120MPa,IZ=10186cm,y1=9.64cm。试求 许可载荷Fmax。
载荷简化
(1)分布载荷q(x) ――连续作用在一段长度
的载荷。
例如:自重、惯性力、液压等, 单位: N/m。
q(x)
a
d x
b
(2)集中力P
dx
(3)集中力偶 M
剪力和弯矩
例 弯矩。 一悬臂梁,其尺寸及梁上荷载如图8-9所示,求截面1-1上的剪力和
解: 对于悬臂梁不需求支座反力,可取右段梁为研究对象,其受力图如 图 (b)所示。 由
例1:简支梁受集中力P作用如图所示。试写出梁的剪 力方程和弯矩方程,并作剪力图和弯矩图。 解:(1)求支座反力 RA=RB=P/2 (2)建立剪力与弯矩方程 Q1(x)=P/2,M1(x)=Px/2 Q2(x)=-P/2,M2(x)=P(l-x)/2 (3)作剪力图和弯矩图
(4)求Qmax和Mmax
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