第七章 直梁弯曲时的内力和应力
第七章-直梁弯曲时的内力和应力复习进程
第七章直梁弯曲时的内力和应力一、填空题:1、梁产生弯曲变形时的受力特点,是梁在过轴线的平面内受到外力偶的作用或者受到和梁轴线相___________的外力的作用。
2、车床上的三爪盘将工件夹紧之后,工件夹紧部分对卡盘既不能有相对移动,也不能有相对转动,这种形式的支座可简化为___________支座。
3、矩形截面梁弯曲时,其横截面上的剪力作用线必然________于外力并通过截面________。
4、梁弯曲时,其横截面上的剪力作用线必然__________于横截面。
5、梁弯曲时,任一横截面上的弯矩可通过该截面一侧(左侧或右侧)的外力确定,它等于该一侧所有外力对________力矩的代数和。
6、梁上某横截面弯矩的正负,可根据该截面附近的变形情况来确定,若梁在该截面附近弯成上_____下_______,则弯矩为正,反之为负。
7、用截面法确定梁横截面上的剪力时,若截面右侧的外力合力向上,则剪力为______。
8、以梁横截面右侧的外力计算弯矩时,规定外力矩是顺时针转向时弯矩的符号为_______。
9、将一悬臂梁的自重简化为均布载荷,设其载荷集度为q,梁长为L,由此可知在距固定端L/2处的横截面上的剪力为_________,固定端处横截面上的弯矩为__________。
10、在梁的集中力偶左、右两侧无限接近的横截面上,剪力相等,而弯矩则发生_______,_________值等于梁上集中力偶的力偶矩。
11、剪力图和弯矩图是通过________和___________的函数图象表示的。
12、桥式起重机横梁由左、右两车轮支承,可简化为简支梁,梁长为L,起吊重量为P,吊重位置距梁左、右两端长度分别为a、b,且a>b,由此可知最大剪力值为_______.13、将一简支梁的自重简化为均布载荷作用而得出的最大弯矩值,要比简化为集中罚作用而的最大弯矩值__________14、由剪力和载荷集度之间的微分关系可知,剪力图上的某点的_________等于对应于该点的载荷集度.15、设载荷集度q(X)为截面位置X的连续函数,则q(X)是弯矩M(X)的_______阶导函数。
弯曲应力计算 (1)
第7章弯曲应力引言前一章讨论了梁在弯曲时的内力——剪力和弯矩。
但是,要解决梁的弯曲强度问题,只了解梁的内力是不够的,还必须研究梁的弯曲应力,应该知道梁在弯曲时,横截面上有什么应力,如何计算各点的应力。
在一般情况下,横截面上有两种内力——剪力和弯矩。
由于剪力是横截面上切向内力系的合力,所以它必然与切应力有关;而弯矩是横截面上法向内力系的合力偶矩,F时,就必然有切应力τ;所以它必然与正应力有关。
由此可见,梁横截面上有剪力Q有弯矩M时,就必然有正应力 。
为了解决梁的强度问题,本章将分别研究正应力与切应力的计算。
弯曲正应力纯弯曲梁的正应力由前节知道,正应力只与横截面上的弯矩有关,而与剪力无关。
因此,以横截面上只有弯矩,而无剪力作用的弯曲情况来讨论弯曲正应力问题。
在梁的各横截面上只有弯矩,而剪力为零的弯曲,称为纯弯曲。
如果在梁的各横截面上,同时存在着剪力和弯矩两种内力,这种弯曲称为横力弯曲或剪切弯曲。
例如在图7-1所示的简支梁中,BC段为纯弯曲,AB段和CD段为横力弯曲。
分析纯弯曲梁横截面上正应力的方法、步骤与分析圆轴扭转时横截面上切应力一样,需要综合考虑问题的变形方面、物理方面和静力学方面。
图7-1变形方面为了研究与横截面上正应力相应的纵向线应变,首先观察梁在纯弯曲时的变形现象。
为此,取一根具有纵向对称面的等直梁,例如图7-2(a)所示的矩形截面梁,并在梁的侧面上画出垂直于轴线的横向线m-m、n-n和平行于轴线的纵向线d-d、b -b 。
然后在梁的两端加一对大小相等、方向相反的力偶e M ,使梁产生纯弯曲。
此时可以观察到如下的变形现象。
纵向线弯曲后变成了弧线''a a 、''b b , 靠顶面的aa 线缩短了,靠底面的bb 线伸长了。
横向线m -m 、n -n 在梁变形后仍为直线,但相对转过了一定的角度,且仍与弯曲了的纵向线保持正交,如图7-2(b)所示。
梁内部的变形情况无法直接观察,但根据梁表面的变形现象对梁内部的变形进行如下假设:(1) 平面假设 梁所有的横截面变形后仍为平面.且仍垂直于变形后的梁的轴线。
梁的内力分析
FQ 3 为负剪力, M 3 为正弯矩。
在计算梁的剪力和弯矩时,可以通过下面的结论直接计算: (1)某截面上的剪力等于该截面左侧(或右侧)梁段上所 有横向外力的代数和。(左上右下剪力为正;反之则为负) 以该截面左侧杆段上的外力进行计算时,则向上的外力产生 正剪力,反之为负。以该截面右侧杆段的外力计算时,则 向下的外力产生正剪力,反之为负。 (2)某截面上的弯矩等于该截面左侧(或右侧)所有外力对该 截面之矩的代数和。(左顺右逆弯矩为正;反之则为负) 以左侧的外力进行计算时,则绕截面顺转的外力产生正弯矩, 反之为负。以右侧的外力计算时,绕截面逆转的外力产生 正弯矩,反之为负。
F
Q1
、 M 1 为正值,表示该截面上剪力和弯矩与所设方向一致,故为正剪力,正弯矩。
例 7- 1
(3)求 2-2 截面的内力。用截面法把梁从 2-2 截面处切成两段,取左段为研究对象,受 力如图 7-6c。图中剪力和弯矩都假设为正。由平衡方程得 ∑Fy=0,
FA - F Q 2 =0, F Q 2 = FA =2 kN
FQ1 FA 2kN M1 FA 2 2 2 4kN m
图
FQ2=FA-F=2-3=-1kN
M 2 FA 2 2 2 4kN m
(3)求3-3和4-4截面的剪力和弯矩,取右侧计算。
FQ 3 FB 1kN
M3 FB 4 m 1 4 2 2kN m
MA 0
MB ql ql 2 l 0 2 2 ql l q l ql 2 M C ( )2 2 2 2 2 8
当x =l 时
当x=l/2时,
时将三点用一光滑曲线连成一抛物线即得梁的弯矩图,见图7-9c。
第1节 平面弯曲的概念和实例
第七章 直梁弯曲时的内力和应力
第七章 直梁弯曲时的内力和应力
第七章 直梁弯曲时的内力和应力
二、静定梁的基本形式 梁的支座形式:工程中常见的梁的支座有以下三 种形式。 1)固定铰支座:如图a所示,固定铰支座限制梁在 支承处任何方向的线位移,其支座反力可用两个正 交分量表示,即沿梁轴线方向的 FAx 和垂直于梁轴 线方向的FAy。
第七章 直梁弯曲时的内力和应力
第一节
平面弯曲的概念和实例
一、平面弯曲 弯曲变形:当杆件受到垂直于轴线的外力作用或 受到作用面平行于轴线的外力偶作用时,杆件的 轴线会由直线变为曲线,这种变形称弯曲变形。 梁:以弯曲变形为主的杆件称作梁。 直梁:工程中常见的轴线是直线的梁。 平面弯曲:若梁的外力及支 座反力都作用在纵向对称面 内,则梁弯曲时轴线将变成 此平面内的一条平面曲线, 该弯曲变形称为平面弯曲。
或
第七章 直梁弯曲时的内力和应力 2)活动铰支座:如图b所示,活动铰支座只能限制 梁在支承处垂直于支承面的线位移,支座反力可用 一个分量FRA表示。 3)固定端支座:如图c所示,固定端支座限制梁在 支承处的任何方向线位移和角位移,其支座反力有 两个正交力FAx、FAy和一个力偶分量MA。
或
MA
第七章 直梁弯曲时的内力和应力 静定梁的形式:根据梁的支座情况,工程中常见 的静定梁可以简化成以下三种形式。 1)简支梁:梁的支座一端是 固定铰支座,另一端是活 动铰支座。 2)外伸梁:梁的支座与简支 梁相同,只是梁的一端或 两端伸出在支座之外。 3)悬臂梁:梁的一端自由, 另一端是固定支座。
第七章 直梁弯曲时的Biblioteka 力和应力三、梁上载荷的简化
1)集中力:集中力作用在梁上的很小一段范围内, 可近似简化为作用于一点,如图所示的力F。单位 为牛顿(N)或千牛顿(kN)。 2)集中力偶:作用在微小梁段上的力偶,可近似 简化为作用于一点,如图所示的力偶M。单位为牛 顿· 米(N· m)或千牛顿· 米(KN· m)。 3)分布载荷:沿梁轴线方 向、在一定长度上连续分布 的力系,如图所示的均布载 荷q。其大小用载荷集度表 示,单位为牛顿/米(N/m) 或千牛/米(kN/m)。
工程力学弯曲应力和内力知识点总结
2. 单向受力假设
纵向纤维互不挤压,只受单向拉压。
计算方法
1. 正应力计算公式
适用于弹性变形范围内的长直梁,具体公式依据材料力学原理推导得出。
2. 切应力计算公式
复杂且因截面形状而异,需根据具体情况分析。
应用实例
1. 简支梁
一端固定铰支、另一端可动铰支的梁,是工程中常见的梁类型。
2. 悬臂梁
一端固定、另一端自由的梁,受力分析较为复杂。
3. 外伸梁
具有一个或两个外伸部分的简支梁,需考虑外伸部分的影响。
工程力学弯曲应力和内力知识点总结
知识点
描述
弯曲内力
1. 剪力
平行于横截面的内力合力,左上右下为正。
2. 与弯矩图
表示剪力、弯矩沿梁轴变化的图线,是分析梁的重要手段。
弯曲应力
1. 正应力
梁弯曲时,横截面上的正应力主要由弯矩引起。
- 纯弯曲
横截面上只有弯矩而无剪力的情况,正应力分布简单,中性层上无应力。
- 横力弯曲
横截面上既有弯矩又有剪力的情况,正应力分布复杂,需考虑切应力的影响。
2. 切应力
由剪力引起,横截面上的切应力分布规律因截面形状而异。
中性层与中性轴
1. 中性层
梁内一层纤维既不伸长也不缩短,此层纤维称为中性层。
2. 中性轴
中性层与横截面的交线,为应力分布分析的基准线。
应力假设
1. 平面假设
理论力学第七章梁的应力
WZ
IZ y max
圆截面
IZ
d 4 64
d 3 W Z 32
空心圆截面
IZ
D4
64
(14)
WZ
D3
32
(14)
矩形截面
IZ
bh 3 12
WZ
bh 2 6
空心矩形截面
IZ
b0h03 12
bh3 12
WZ(b1 0h023b13h2)/(h0/2)
q=40kN/m
横力弯曲时,梁的横截面上既有正应力又有切应力.切应力 使横截面发生翘曲, 横向力引起与中性层平行的纵截面的挤压 应力,纯弯曲时所作的平面假设和单向受力假设都不成立.
虽然横力弯曲与纯弯曲存在这些差异,但进一步的分析表 明,工程中常用的梁,纯弯曲时的正应力计算公式,可以精确的 计算横力弯曲时横截面上的正应力.
k
d
o
k'
o'
y
最大切应力发生在中性轴上
maxFISzSb*z
4FS 3A
式中 A πd 2 为圆截面的面积. 4
4.圆环形截面梁
z
k
图示为一段薄壁环形截面梁.环壁厚度为
,环的平均半径为r0,由于 «r0 故可假设
z (a)横截面上切应力的大小沿壁厚无变化;
d
o
k'
o'
y
(b)切应力的方向与圆周相切.
A
C
FAY
1.5m l = 3m
解:
B
x
FBY
FS 90kN
x
90kN 1. 绘制内力图
x
M
第7章直梁弯曲
梁弯曲时的内力
【例7-2】求下列图中指定截面的剪力和弯矩,并确定其正、负号。
1 Q1 ql 正 4
1 l M 1 ql 0 4 8 1 2 M 1 ql 32
1 Q2 ql 正 2
1 l M 2 ql 0 2 4 1 M 2 ql 2 8
梁弯曲时的内力
剪力、弯矩的正负号规定如下:使梁的脱离体产生顺时针转动的剪 力规定为正,反之为负;使梁的脱离体下侧受拉而上侧受压的弯矩 规定为正,反之为负,如图所示。
对某一指定的截面来说,在它左侧向上的外力,或右侧向下 的外力将产生正的剪力;反之,即产生负的剪力。至于弯矩, 则无论在指定截面的左侧或右侧,向上的外力产生正的弯矩, 而向下的外力产生负的弯矩。
最大剪力Qmax在AC(b>a) (或CB,a>b)段
Qmax=Gb/l
最大弯矩在C截面处
Mmax=Gab/l
本例中,剪力和弯矩的表达式与截面的位置形式上 构成了一种函数关系,这种关系称为剪力方程和弯 矩方程;即:
Q=Q(x) M=M(x)
梁弯曲时的内力
【例7-5】作图示梁的内力图。
1.
7.2 梁弯曲时的内力
7.2.1.弯曲内力——剪力和弯矩
如图所示简支梁AB受集中力 P作用,设其约束反力分别为 RA,RB。在距左支座x处用假 想截面将梁截开,取左脱离 体进行分析。
Y 0 RA Q 0 Q RA
M o 0 RA x M 0 M RA x
如上图1、2得纵向变形:
由图3得:
ydA M
即
M ydA
E
第七章-弯曲应力(1) (2)
M
z
Q
横截面上内力 横截面上切应力
横截面上正应力
Q dA
A
M y dA
A
切应力和正应力的分布函数不知道,2个方程确定不了
切应力无穷个未知数、正应力无穷个未知数,实质是 超静定问题 解决之前,先简化受力状态 —— 理想模型方法
8
横力弯曲与纯弯曲 横力弯曲 ——
剪力Q不为零 ( Bending by transverse force ) 例如AC, DB段
E
A
(-) B
D
(+) 10kN*m
y2
C
拉应力
a
e
压应力
y1
压应力 B截面
b
d
拉应力 D截面
危险点:
a, b, d
33
(3)计算危险点应力 拉应力
a
e
压应力
校核强度
M B y2 a Iz 30 MPa (拉) M B y1 b Iz
70 MPa (压)
压应力 B截面
b
d
强度问题 弯曲问题的整个分析过程: 弯曲内力 弯曲应力 弯曲变形 刚度问题
5
本章主要内容
7.1 弯曲正应力 7.2 弯曲正应力强度条件 7.3 弯曲切应力及强度条件 7.4 弯曲中心 7.5 提高弯曲强度的一些措施
这一堂课先效仿前人,探求出来弯曲正应力
公式,然后解决弯曲正应力强度问题
6
知道公式会用,不知推导,行不行?不行。
2
解:1 画 M 图求有关弯矩
qLx qx M1 ( ) 2 2
2
2
x 1
60kNm
M max qL / 8 67.5kNm
第13讲第7章-直梁的弯曲-
主要内容:
1.直梁平面弯曲的概念 2.梁的类型及计算简图 3.梁弯曲时的内力(剪力和弯矩) 4.梁纯弯曲时的强度条件 5.梁弯曲时的变形和刚度条件梁纯弯曲源自的强度条件1.梁纯弯曲的概念
剪力弯曲 平面弯曲
纯弯曲
剪力FQ≠0 弯矩M ≠ 0
剪力FQ=0 弯矩M ≠ 0
在梁的纵向对称面内,两端施加等值、反 向的一对力偶。在梁的横截面上只有弯矩 而没有剪力,且弯矩为一常数,这种弯曲 为纯弯曲 。
2.梁纯弯曲时横截面上的正应力
1)变形特点 :
横向线仍为直线,只是 相对变形前转过了一个 角度,但仍与纵向线正 交。纵向线弯曲成弧线, 且靠近凹边的线缩短了, 靠近凸边的线伸长了, 而位于中间的一条纵向 线既不缩短,也不伸长。
平面假设:梁弯曲变形后,其横截面仍为平面,并垂 直于梁的轴线,只是绕截面上的某轴转动了一个角度。
由平面假设可知,纯弯 曲时梁横截面上只有正 应力而无切应力。由于 梁横截面保持平面,所 以沿横截面高度方向纵 向纤维从缩短到伸长是 线性变化的,因此横截 面上的正应力沿横截面 高度方向也是线性分布 的。以中性轴为界,凹 边是压应力,使梁缩短, 凸边是拉应力,使梁伸 长,横截面上同一高度 各点的正应力相等,距 中性轴最远点有最大拉 应力和最大压应力,中 性轴上各点正应力为零。
弯矩图的规律
1.梁受集中力或集中力偶作用时,弯矩图 为直线,并且在集中力作用处,弯矩发生转 折;在集中力偶作用处,弯矩发生突变,突 变量为集中力偶的大小。
2.梁受到均布载荷作用时,弯矩图为抛物 线,且抛物线的开口方向与均布载荷的方向 一致。
3.梁的两端点若无集中力偶作用,则端点 处的弯矩为0;若有集中力偶作用时,则弯 矩为集中力偶的大小。
梁的弯矩和应力关系式【最新】
第17讲教学方案——弯曲正应力第七章弯曲应力§7-1纯弯曲正应力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。
剪力Q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。
所以横弯梁横截面上将同时存在剪应力τ和正应力σ。
实践和理论都证明,其中弯矩是影响梁的强度和变形的主要因素。
因此,我们先讨论Q = 0,M = 常数的弯曲问题,这种弯曲称为纯弯曲。
图6-1所示梁的CD段为纯弯曲;其余部分则为横弯曲。
与扭转相似,分析纯弯梁横截面上的正应力,同样需要综合考虑变形、物理和静力三方面的关系。
1.变形关系——平面假设考察等截面直梁。
加载前在梁表面上画上与轴线垂直的横线,和与轴线平行的纵线,如图6-2a所示。
然后在梁的两端纵向对称面内施加一对力偶,使梁发生弯曲变形,如图图6-2b所示。
可以发现梁表面变形具有如下特征:(1)横线(m-m和n-n)仍是曲线,只是发生相对转动,但仍与纵线(如a-a,b-b)正交。
(2)纵线(a-a和b-b)弯曲成曲线,且梁的一侧伸长,另一侧缩短。
根据上述梁表面变形的特征,可以作出以下假设: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。
与扭转时相同,这一假设也称平面假设。
此外,还假设:梁的各纵向层互不挤压,即梁的纵截面上无正应力作用。
根据上述假设,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,这一层称为中性层。
如图6-3所示。
中性层与横截面的交线为截面的中性轴。
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。
下面根据平面假设找出纵向线应变沿截面高度的变化规律。
考察梁上相距为dx 的微段(图6-4a ),其变形如图6-4b 所示。
其中x 轴沿梁的轴线,y 轴与横截面的对称轴重合,z 轴为中性轴。
则距中性轴为y 处的纵向层a-a 弯曲后的长度为θρd y )(+,其纵向正应变为ρθρθρθρεy d d d y =-+=)( (a ) 式(a )表明: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。
7弯曲4(1)
F
Fl M
解 :1.建AB杆悬臂梁模型,求出约束力 FA=F, MA=Fl。 B 2.列剪力方程和弯矩方程 FQ(x)= FA=F (0<x<l) x M(x)= FAx-MA=-F(l-x) (0<x<l) 3. 建立坐标画剪力图和弯矩图 剪力图为平行于x 轴的水平线,弯矩图为 斜直线,|M|max= Fl 。
A 2a FA =-qa/4 C B a FB=5qa/4
FQ 1
FQ 2
FB
qa 5a / 2 5qa 2a 4
FA qa FB
M1 0
2.求指定截面的剪力和弯矩 1-1截面 2-2截面 3-3截面 4-4截面
qa 4
qa 4
qa 4
FQ 3 qa
M2 q 2a a 2qa2
3-3截面 FQ3 q 2a FA 2qa 2qa 0
M3 q 2a a 2qa2
4-4截面
FQ4 FB 0
FQ5 FB 0
M4 FB 2a MC 0 qa2 qa2
FQ 3 FB
F 2
l Fl M 3 FB ( Δ) 2 4
FQ(x)=x截面左(右)段梁上外力的代数和,左上右下为正。 例8-7 图示的外伸梁AB,在CB段作用均布荷载q,求指定截 M (x)=x截面左(或右)段梁上外力矩的代数和,左顺右逆为正。 面的剪力和弯矩。 q 解: 1.画梁的受力图求约束力。 2 3 4 1
x
2.无外力梁段上 剪力图保持突变后的常量。 弯矩图为斜直线。用两点式画斜直线。 3.均布荷载作用的梁段上 剪力图为斜直线。 弯矩图为二次曲线,曲线凹向与均布荷载同向;用两点坐 标描出大致二次曲线。在剪力等于零的截面,曲线有极值。
工程力学弯曲强度2(应力分析与强度计算
max
y
2
当中性轴是横截面的对称轴时:
IZ
max
IZ
y
y1 y2 y max
1
即对称截 面梁
max max max
y
Iz 简单截面的抗弯截面系数 Wz= ymax y
h z
y z
bh Iz bh 2 Wz= 12 h h 6 2 2
3
max - max -
i max
M z max max i = Wz i
一般非等直梁
M z x y x max = max x = I z x max
可利用函数求导的方法得到最大正应力数值
固定端处梁截面上的弯矩: M=Me 。 且这一梁的所有横截面上的弯矩都 等于外加力偶的力偶矩Me
中性轴通过 截面形心,因此z 轴就是中性轴。 据弯矩方向可知中性 轴以上均受压应力,以下 均受拉应力。 根据正应力公式,横截面上正应力沿截面高度(y) 按直线分布,在上、下边缘正应力最大。可画出固定 端截面上的正应力分布图。
M max y 2 0.253N m 10 3 15 10 3 m 2 0.842 10 3 Pa 84.2MPa Iz 4.5 10 -8 m 4
例题
C
FRA FRB
T形截面简支梁在中点承受集中力 FP =32kN, l=2m。 T形截面的形心坐标yC=96.4mm,横截面对于z 轴的惯性矩Iz =1.02108 mm4。求:弯矩最大截面上的 最大拉应力和最大压应力。 解: 根据静力学平衡可求得支座A和B处的约束力分别 为FRA=FRB=16 kN。据内力分析,知梁中点截面 上弯矩最大
第7章 平面弯曲《建筑力学》教学课件
坐标系。
列
方
当梁上同时作用着多个荷载时,剪力和弯矩 程
与截面位置间的关系发生变化,需分段列方程。
作 图
剪力图和弯矩图
将剪力方程和弯矩方程在直角坐标系中画成图 像,观察内力变化规律既唯一又直观。
1. 作 FS , M 图步骤 建立坐标系;
列 FS ,M 方程;
作 FS , M 图。
7.3.1 列 方 程 作 图
1)剪力
Fiy 0 YAFS 0 得: FS YA
大小:等于截面一侧所有横向外力的代数和。
7.2.1 梁
FS (左或)右Fi侧
弯 曲
正负号:对研究对象内任一点呈顺时针力矩者为正。
变 形
外力的正负号规定同剪力符号规定一致,仍是
的 内
顺正逆负。
力-
剪
力
和
弯
矩
2)弯矩
M0 YAxM 0
得: M YAx
图7-8
7.3.1 列 方 程 作 图
7.3.1 列 方 程 作 图
【例7-3】图7-9(a)所示的简支梁AB受一集中力作用,试作其剪 力图和弯矩图。
图7-9
7.3.1 列 方 程 作 图
【例7-3】图7-9(a)所示的简支梁AB受一集中力作用,试作其剪 力图和弯矩图。
图7-9
7.3.1 列 方 程 作 图
图7-2
7.1.1 梁 的 弯 曲 变 形
如图7-3所示的建筑物楼面梁和阳台挑梁,它们都因受 到楼面荷载和梁自重的作用而发生平面弯曲。
图7-3
7.1.1 梁 的 弯 曲 变 形
常见梁的分类
(1) 悬臂梁:梁的 一端固定,另 一端自由,如 图7-4(a)所示
。
第7章 直梁弯曲
第7章直梁弯曲本章要点●理解弯曲的概念和实例●掌握截面法求剪力和弯矩●掌握剪力方程和弯矩方向,剪力图和弯矩图●掌握横力弯曲(剪切弯曲)时正应力和切应力的计算●掌握横力弯曲变形的计算●掌握提高弯曲强度的措施,7.1梁的类型及计算简图7.1.1对称弯曲的概念承受设备及起吊重量的桥式起重机的大梁(图7-1)、承受转子重量的电机轴(图7-2)等,在工作时最容易发生的变形是弯曲。
其受力特点是:杆件都是受到与杆轴线相垂直的外力(横向力)或外力偶的作用。
其变形为杆轴线由直线变成曲线,这种变形称为弯曲变形。
图7-1 桥式起重机的大梁图7-2 承受转子重量的电机轴工程中的梁,其横截面通常都有一纵向对称轴。
该对称轴与梁的轴线组成梁的纵向对称面(图7-3)。
外力或外力偶作用在梁的纵向对称平面内,则梁变形后的轴线在此平面内弯曲成一平面曲线,这种弯曲称为对称弯曲。
图7-3 对称弯曲7.1.2梁上的载荷作用在梁上的载荷可以简化为以下三种类型:(1)集中力;(2)集中力偶;(3)分布载荷,如图7-4a所示。
7.1.3梁的基本形式1.简支梁梁的一端为固定铰链支座,另一端为活动铰链支座。
如图7-4a所示。
2.外伸梁梁的支座和简支梁相同,只是梁的一端或两端伸出在支座之外。
如图7-4b所示。
3.悬臂梁梁的一端固定,另一端自由。
如图7-4c所示。
在对称弯曲的情况下,梁的主动力与约束反力构成平面力系。
上述简支梁、外伸梁和悬臂梁的约束反力,都能由静力平衡方程确定,因此,又称为静定梁。
在工程实际中,有时为了提高梁的强度和刚度,采取增加梁的支承的办法,此时静力平衡方程就不足以确定梁的全部约束反力,这种梁称为静不定梁或超静定梁。
7.2梁弯曲时的内力7.2.1剪力和弯矩现以图7-5所示的简支梁为例来研究各横截面上的内力。
P1、P2和P3为作用于梁上的载荷,R A和R B为两端的支座反力。
为了显示出横截面上的内力,沿截面mm假想地把梁分成两部分,并以左段为研究对象。
第3节 剪力图和弯矩图
第三节 剪力图和弯矩图
一、剪力图和弯矩图 剪力方程和弯矩方程:为了描述剪力与弯矩沿梁 轴线变化的情况,沿梁轴线选取坐标 x 表示梁截 面位置,则剪力和弯矩是 x 的函数,函数的解析 表达式分别称为剪力方程和弯矩方程。
FQ FQ (x) M M (x)
剪力图和弯矩图:以梁轴线为横坐标,分别以剪 力值和弯矩值为纵坐标,按适当比例作出剪力和 弯矩沿轴线的变化曲线,称作剪力图和弯矩图。
第七章 直梁弯曲时的内力和应力
二、利用剪力、弯矩与载荷集度的微分关系作剪力图
和弯矩图
dFQ (x) dx
q(x)
剪力、弯矩与载荷 集度的微分关系
dM (x) dx
FQ
(x)
剪力图和弯矩图 的特点和规律
d2M (x) d2x
q(x)
1. q = 0的梁段:∵ dFQ / dx 0 ,∴ FQ为常数,剪力 图为水平直线;而 dM (x) / dx FQ 为常数,则 M (x) 是
n
FA
b l
F
MA (Fi ) 0 FB l F a 0
i1
2)求剪力方程和弯矩方程
FB
a l
F
C截面作用有集中力,AC 梁段和BC梁段的剪 力方程表达式不一样,需分段建立方程。
第七章 直梁弯曲时的内力和应力
分段建立方程:
AC段
FQ
(x)
b l
F
(0 x a)
x
M
(
x)
FA
x
b l
Fx
第七章 直梁弯曲时的内力和应力
2)作剪力图和弯矩图
剪力图中AC段的为一 水平线,CB段是斜直线,
x
如图b)所示;弯矩图中AC
材料力学07弯曲应力ppt课件
x
y 26
dA1
s
, b s
顶面有 ,存在.
两截面M 不等—— s 不等
(X 0)
左侧面
dx
N1
M
A1 sdA1 I z
A1 ydA1
右侧面
MS
z
Iz
dM
S
* z
, b( dx ) 0
Iz
FS
,
dM dx
S
z
Izb
FS
S
z
Izb
(∵切应力互等 )
2s
h
2 ( bdy )y s
bh2
M
0
4
s
4M bh2
2. 按沿梁高线性分布:
s max
M h2 Iz
s
6M bh2
s1 2 s2 3
(相差三分之一)
13
[例2]:
15KN
6KN
求B截面K点应力
B
1m
1m
解: M
3
6kNm
s
My Iz
90
K 90
60
120 ( 拉? 压应力? )
IZ
bh3 12
第七章 弯曲应力
§1 弯曲正应力 §2 正应力强度条件 §3 弯曲剪应力 §4 剪应力强度条件 梁的合理截面 §5 非对称截面梁弯曲弯曲中心 §6 考虑塑性的极限弯矩
1
概述
+
-F
Q
Fa
-
M
CD段:只有弯矩没有剪力- 纯弯曲
AC和BD段:既有弯矩又有剪力- 剪切弯曲
2
剪力FS
弯矩M
切应力τ
正应力s
先分析纯弯梁横截面的正应力s ,
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第七章直梁弯曲时的内力和应力一、填空题:1、梁产生弯曲变形时的受力特点,是梁在过轴线的平面内受到外力偶的作用或者受到和梁轴线相___________的外力的作用。
2、车床上的三爪盘将工件夹紧之后,工件夹紧部分对卡盘既不能有相对移动,也不能有相对转动,这种形式的支座可简化为___________支座。
3、矩形截面梁弯曲时,其横截面上的剪力作用线必然________于外力并通过截面________。
4、梁弯曲时,其横截面上的剪力作用线必然__________于横截面。
5、梁弯曲时,任一横截面上的弯矩可通过该截面一侧(左侧或右侧)的外力确定,它等于该一侧所有外力对________力矩的代数和。
6、梁上某横截面弯矩的正负,可根据该截面附近的变形情况来确定,若梁在该截面附近弯成上_____下_______,则弯矩为正,反之为负。
7、用截面法确定梁横截面上的剪力时,若截面右侧的外力合力向上,则剪力为______。
8、以梁横截面右侧的外力计算弯矩时,规定外力矩是顺时针转向时弯矩的符号为_______。
9、将一悬臂梁的自重简化为均布载荷,设其载荷集度为q,梁长为L,由此可知在距固定端L/2处的横截面上的剪力为_________,固定端处横截面上的弯矩为__________。
10、在梁的集中力偶左、右两侧无限接近的横截面上,剪力相等,而弯矩则发生_______,_________值等于梁上集中力偶的力偶矩。
11、剪力图和弯矩图是通过________和___________的函数图象表示的。
12、桥式起重机横梁由左、右两车轮支承,可简化为简支梁,梁长为L,起吊重量为P,吊重位置距梁左、右两端长度分别为a、b,且a>b,由此可知最大剪力值为_______.13、将一简支梁的自重简化为均布载荷作用而得出的最大弯矩值,要比简化为集中罚作用而的最大弯矩值__________14、由剪力和载荷集度之间的微分关系可知,剪力图上的某点的_________等于对应于该点的载荷集度.15、设载荷集度q(X)为截面位置X的连续函数,则q(X)是弯矩M(X)的_______阶导函数。
16、梁的弯矩图为二次抛物线时,若分布载荷方向向上,则弯矩图为向_________凸的抛物线。
17、弯矩图的凹凸方向可由分布载荷的_________符号确定。
18、在梁的某一段内,若无分布载荷q(X)的作用,则剪力图是__________于X轴的直线。
19、在梁的弯矩图上,某一横截面上的弯矩有极值(极大值或极小值),该极值必发生在对应于剪力___________的横截面上。
20、由于在梁的集中力作用处,其截面左、右两侧的剪力会有一突然变化,因此弯矩图在此处形成的是一个具有___________点的图形状。
21、梁在发生弯曲变形的同时伴有剪切变形,这种平面弯曲称为__________弯曲。
22、梁在纯弯曲时,其横截面仍保持为平面,且与变形后的梁轴线相___________。
23、在一纯弯曲梁段内,各横截面上的剪力等于_____________,而弯矩为常量。
24、梁在弯曲时的中性轴,就是梁的___________与横截面的交线。
25、梁弯曲时的中性轴必然通过其横截面上的___________那一点。
26、梁弯曲时,其横截面上的_________最终合成的结果为弯矩。
27、梁弯曲时,其横截面的_________按直线规律变化,而沿横截面的 ________ 则均匀分布。
28、梁弯曲时,横截面中性轴上各点的正应力等于零,而距中性轴________处的各正应力为最大。
29、梁弯曲变形后,以中性层为界,靠__________边的一侧纵向纤维受压力作用,而靠__________边的一侧纵向纤维受拉应力作用。
30、梁弯曲时,在作用正弯矩的梁段内,其中性层以上的各纵向纤维将发生单向_______变形。
31、等截面梁内的最大正应力总是出现在最大___________所在的横截面上。
32、矩形截面梁在横力弯曲时,其横截面上的剪应力沿截面高度按__________线规律分布。
33、矩形截面梁在横力弯曲时,其横截面上的剪应力所在的点上,其正应力为____________。
34、矩形截面梁弯曲时,其横截面上最大剪应力是平均剪应力的_____________倍。
35、一般情况下,弯曲时横截面上最大剪应力往往出现在____________上各点。
36、在横截面对称于中性轴的等截面梁内,弯曲的最大拉应力和最大压应力的绝对值____________。
37、用抗拉强度和抗压强度不相等的材料,如铸铁等制成的梁,其横截面宜采用不对称于中性轴的形状,而使中性轴偏于受____________纤维一侧。
38、木梁或竹杆在横力弯曲时往往出现纵向裂纹,这表明梁的纵向截面上有___________应力。
39、对于横截面高宽度比等于2的矩形截面梁,在当截面竖放时和横放时的抗弯能力之比和抗剪能力之比,分别为_____________和_____________。
40、面积相等的圆形、矩形和工字形截面的抗弯截面系数分别为W圆、W矩和W工,比较其值的大小,其结论应是W圆比W知_____________,W工比W矩___________。
41、由梁的弯曲正应力分布规律可知,为了充分利用材料,应尽可能将梁的材料聚集于离中性轴_____________处,从而提高梁的承载能力。
42、由弯曲正应力强度条件可知,设法降低梁内的最大弯矩,并尽可能提高梁截面的_____________系数,即可提高梁的承能力。
43、梁的截面形状是否经济合理,其衡量标准在于梁截面的___________系数,即可提高梁的承载能力。
44、工程上用的鱼腹梁、阶梯轴等,其截面尺寸随弯矩大小而变,这种截面变化的梁,往往就是近似的___________梁。
二、判断题:1、以弯曲为主要变形的杆件,只要外力均作用在过轴的纵向平面内,杆件就有可能发生平面弯曲。
()2、一正方形截面的梁,当外力作用在通过梁轴线的任一方位纵向平面内时,梁都将发生平面弯曲。
()3、梁发生平面弯曲时,其轴线必然弯成位于外力作用面内的平面曲线。
()4、通常将安装在车床刀架上的车刀简化为悬臂梁。
()5、梁横截面上的剪力,在数值上等于作用在此截面任一侧(左侧或右侧)梁上所有外力的代数和。
()6、用截面法确定梁横截面的剪力或弯矩时,若分别取截面以左或以右为研究对象,则所得到的剪力或弯矩的符号通常是相反的。
()7、研究梁横截面上的内力时,沿横截面假想地把梁横截为左段梁或右段两部份,由于原来的梁处于平衡状态,所以作用于左段或右段上的外力垂直于梁轴线方向的投影之和为零,即各外力对截面形心之矩可相互抵消。
()8、简支梁若仅作用一个集中力P,则梁的最大剪力值不会超过P值。
()9、梁的最大弯矩值必定出现在剪力为零的截面处。
()10、在简支梁上有一移动的集中载荷作用,要使梁内产生的弯矩为最大,此集中载荷并不一定作用在梁跨度中央。
()11、梁上某一横截面的弯矩等于作用于此截面任一侧(左侧或右侧)梁上所有外力对截面形心力矩的代数和,利用此规律,可不列出平衡方程,就能直接确定横截面弯矩值的大小。
()12、两个简支梁的的跨度及所承受的载荷相同,但由于材料和横截面面积不同,故梁的内力剪力和弯矩就不一定相同。
()13、简支梁上有一集中力偶作用,绘出其剪力图,其图象一定以集中力偶作用的位置为对称。
()14、若梁某段内各横截面上的弯矩均为零,则该段内各横截面上的剪力也均为零。
()15、若梁某一段内的横截面只有弯矩而无剪力,则梁在此段内的弯矩、剪力和载荷集度之间的微分关系不一定成立。
()16、在梁的某一段内,若无载荷作用,即q(X)= 0,则由弯矩,剪力和载荷集度之间的微分关系可知,弯矩图一定是一斜直线。
()17、在梁某一段内的各个横截面上的,若剪力均为零,则该段内的弯矩必为常量。
()18、在梁上作用的向下的均布载荷,即q为负值,则梁内的剪力Q也必为负值。
()19、在梁上某一段内的分布载荷方向向下(规定分布载荷方向向下不负),这说明弯矩图曲线向上凸,其弯矩值必为正值。
()20、梁的弯矩图上某一点的弯矩值为零,该点所对应的剪力图上的剪力值也一定为零。
()21、在梁上的剪力为零的地方,所对应的弯矩图的斜率也为零;反过来,若梁的弯矩图斜率为零,则所对应的梁上的剪力也为零。
()22、承受均布载荷的悬臂梁,其弯矩图为一条向上凸的二次抛物线,此曲线的顶点一定事在位于悬臂梁的自由端所对应的点处。
()23、从左向右检查所绘剪力图的正误时,可以看出,凡集中力作用处,剪力图发生突变,突变值的大小与方向和集中力相同,若集中力向上,则剪力图向上突变,突变值为集中力大小。
()24、在梁上集中力偶作用处,其弯矩图有突变,而所对应的剪力图为水平线,并由正值变为负值或由负值变为正值,但其绝对值是相同的。
()25、运动员双臂平行地静悬于单杠(视为简支梁)时,无论两手握在杠的何处,只要两手的间矩不变,其两手间的杠段的变形总是纯弯曲.( )26、梁弯曲时,不论梁产生的是纯弯曲还是横力弯曲,其变形前后的横截面始终都为平面。
( )27、等截面直梁在纯弯曲时,横截面保持为平面,但其形状和尺寸略有变化。
( )28、梁产生纯弯曲变形后,其轴线即变成了一段圆弧线。
( )29、梁产生平面弯曲变形后,其轴线不会保持原长度不变。
( )30、梁弯曲时,梁内有一层既不受拉又不受压的纵向纤维就是中性层。
( )31、中性层是梁平面弯曲时纤维缩短区和纤维伸长区的分界面。
( )32、梁弯曲时,梁的中性必定是横截面的对称轴。
( )33、因梁产生的平面弯曲变形对称于纵向对称面,故中性层垂直于纵向对称面。
( )34、梁弯曲时,其横截面要绕中性轴旋转,而不会绕横截面的边缘旋转。
( )35、弯曲正应力公式是由矩形截面梁推导出的,故只适用于纯弯曲,而不适用于横力弯曲。
( )36、由于弯曲正应力公式是由矩形截面梁推导出的,所以用于非矩形截面梁时,则不能满足工程所需要的精度。
( )37、梁弯曲时,可以认为横截面上只有拉应力,并且均匀分布,其合成的结果将与截面边缘的一集中力组成偶,此力偶的内力偶矩即为弯矩。
( )38、梁的横截面上作用有负弯矩,其中性轴上侧各点作用的是拉应力,下侧各点作用的是压应力。
( )39、等截面梁弯曲时的最大拉应力和最大压应力在数值上必定是相等的。
( )40、等截面梁的最大弯曲正应力不一定发生在最大弯矩的横截面上距中性轴最远的各点处。
( )41、挑水时扁担在其中部折断,这是由于相应的横截面处的拉应力达到了极限值。
( )42、等截面梁的最大剪应力一定位于剪力最大的横截面上。
( )43、T 字形截面的铸铁梁,其最大打应力总发生在弯矩绝对值为最大的横截面上。