结构杆件的受力变形
构件四种基本变形-受力特点

纵向纤维:构件由下部至上部,纵向纤维从伸长或压缩逐渐过渡到压缩或伸长,且上、下边缘的变化最大;截面中部有一既不伸长也不压缩的中性层。
横截面:各横截面发生了不同程度的位移和绕截面中性轴的微小转动。
剪力、弯矩
FS、M
纵向纤维:伸长或缩短均相等。
横截面:发生了沿外力作用方向的相对位移。
轴力
FN
剪切变形
受剪构件
铆钉、螺杆
杆件受一对大小相等、方向相反、作用线平行及相距很近的横向力作用
1、宏观变形:在两个力作用中间被剪断。
2、微观变形:介于两横向之间的各横截面沿外力作用方向发生相对错动。
剪力
FS
扭转变形
受扭构件
轴、雨篷梁
杆件两端垂直杆轴线平面内受到一对大小相等、方向相反的力偶作用
1、宏观变形:构件表面的纵向水平线倾斜了一个角度。
2、微观变形:各横截面绕杆轴线发生了沿力偶作用方向的相对转动。
扭矩
T
弯曲变形
(平面弯曲)
受弯构件
梁、板
杆件受到通过杆轴线平面内的力偶作用、或受到垂直于杆轴线的横向力(集中力、均布荷载)作用
1、宏观变形:构件出现了上凹下凸或下凹上凸,轴线由直线变成曲线。
四种构件基本变形汇总
基本变形类型
构件名称
典型构件
受力特点
(受力后构件保持平衡)
变形特点
(符合平面假设)
产生内力
轴向拉伸、压缩变形
轴向拉伸、压缩构件
轴压柱
杆件两端沿轴线方向作用一对大小相等、方向相反的轴向力作用
1、宏观变形:
受拉时,杆件伸长、截面变小;
受压时,杆件缩短、截面变大。
2、微观变形:(符合平面假设)
简述杆件的四种基本变形
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简述杆件的四种基本变形
杆件是由若干杆构成的复杂结构,其中每一杆被简化为质量点,即只有质量而没有体积,而这些复杂结构能够向本体施加外力以产生变形,常用来研究机构学中的稳定性、弹性和力学性能。
下面将介绍杆件的四种基本变形。
第一种变形是平移变形,也叫简单变形。
它指的是一组杆件的总体变形,但不影响它的形状和形状,只需要无限次的平行移动即可改变杆件的位置,而其他参数都不变。
这种变形可以使杆件被拖动到不同的位置,以适应不同的设计要求,但是不会改变原有的结构和性能。
第二种变形是旋转变形,它指的是一组杆件以局部的绕轴旋转的形式发生的变形,这种变形不改变杆件的位置,而是通过旋转杆件来改变其形状。
它可以调整杆件的形状和连接点,以满足不同的结构要求,但是,它的重要特点是旋转中心的方向是固定的,这样可以确保杆件的结构和稳定性。
第三种变形是变截面变形,也叫非简单变形。
它指杆件在拉伸或压缩过程中,它的截面发生变形,但总体形状不变,因此可以调整杆件的截面,从而获得不同的结构和性能。
这种变形可以使杆件担负更多的重负,同时又保持其总体形状和连接点不变。
最后一种变形是折叠变形,它指的是杆件的折叠变形,就是使杆件的总体形状发生变化,从而使其有更大的变形量,这样可以调整杆件的连接点,使其具有曲率和弯度。
另外,折叠变形可以改变杆件的形状,提高杆件的强度和刚度,从而满足不同的结构要求。
以上就是关于杆件的四种基本变形的介绍,在工程应用中,设计者可以根据杆件的形状、结构、材料属性和接口等参数,灵活地使用这些基本变形,以达到更好的结构效果,从而是满足不同的设计需求。
杆件受力变形及其应力分析
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第三章 杆件受力变形及其应力分析§3-1 概 述一、构件正常工作的基本要求为了保证机器或工程结构的正常工作,构件必须具有足够的承受载荷的能力(简称承载能力)。
为此,构件必须满足下列基本要求。
1畅足够的强度例如,起重机的钢丝绳在起吊不超过额定重量时不应断裂;齿轮的轮齿正常工作时不应折断等。
可见,所谓足够的强度是指构件具有足够的抵抗破坏的能力。
它是构件首先应满足的要求。
图3-1 构件刚度不够产生的影响2畅足够的刚度在某些情况下,构件受载后虽未破裂,但由于变形过量,也会使机械不能正常工作。
图3-1所示的传动轴,由于变形过大,将使轴上齿轮啮合不良,轴颈和轴承产生局部磨损,从而引起振动和噪声,影响传动精度。
因此,所谓足够的刚度是指构件具有足够的抵抗弹性变形的能力。
应当指出,也有某些构件反而要求具有一定的弹性变形能力,如弹簧、仪表中的弹性元件等。
3畅足够的稳定性例如千斤顶中的螺杆等类似的细长直杆,工作时当压力较小时,螺杆保持直线的平衡形式;当压力增大到某一数值时,螺杆就会突然变弯。
这种突然改变原有平衡形式的现象称为失稳。
因此,所谓足够的稳定性是指构件具有足够的保持原有平衡形式的能力。
上述的基本要求均与构件的材料、结构、截面形状和尺寸等有关。
所以,设计时在保证构件正常工作的前提下,还应合理地选择构件的材料和热处理方法,并尽量减小构件的尺寸,以做到材尽其用,减轻重量和降低成本。
二、变形固体及其基本假设自然界中的一切物体在外力作用下或多或少地总要产生变形。
在本书第二章中,由于物体产生的变形对所研究的问题影响不大,所以在该章中把所有物体均视为刚体。
而在图3-1中,如果轴上任一横截面的形心,其径向位移只要达到0畅0005l (l 为轴的支承间的距离),尽管此时构件变形很小,但该轴已失去了正常工作的条件。
因为这一微小变形是影响构件能否正常工作的主要因素。
因此,在本章中所研究的一切物体都是变形固体。
在对构件进行强度、刚度和稳定性的计算时,为了便于分析和简化计算,常略去变形固体的·75·一些影响不大的次要性质。
第4章杆件的变形和刚度

第4章 杆件的变形和刚度
拉压杆件 的变形分析
☆ 拉压杆件的弹性变形能
图中拉杆外力FP所做的功为
We
0
l
Fp
(l)d
(l)
1 2
Fpl
杆件内部弹性变形能U
U
1 2
FN l
500
4kN·m
⊕
T图
500
⊖
5kN·m
500 1.5kN·m
试设计外径D,并求全轴 【解】求扭矩,画扭矩图,
的 相 对 扭 转 角 24 。 G=80GPa,[]=60MPa。
得出最大扭矩为
Tmax 5kN m
第4章 杆件的变形和刚度
圆轴扭转时的 变形及刚度条件
【解】 设计外径D
WP
单位长度的相对扭转角
在很多情形下,两端面的相对扭矩角不能反映圆轴扭转 变形的程度,因而更多采用单位长度扭转角表示圆轴的扭转 变形,单位长度扭转角即扭转角的变化率。
d T
dx GIP 工程中多是采用单位长度扭转角对轴进行刚度计算, 单位是rad/m,工程中常用º/m,需要通过1rad=(180/)º来换 算。
d [ ]
dx
对于两端承受集中扭矩的等截面圆轴,刚度设计准则又
可以写成:
T [ ]
GIP
第4章 杆件的变形和刚度
圆轴扭转时的 变形及刚度条件
受扭圆轴的刚度设计准则
d [ ]
dx
T [ ]
GIP
其中,[]为单位长度上的容许相对扭转角,其数值需要
杆件的基本变形形式

杆件的基本变形形式
杆件的基本变形形式有以下几种:
1. 拉伸和压缩:当杆件受到沿其轴向的力时,杆件会发生拉伸或压缩变形。
拉伸时杆件长度增加,压缩时杆件长度减小。
2. 剪切:当杆件受到垂直于其轴向的力时,杆件会发生剪切变形。
剪切变形表现为杆件的横截面发生相对错动。
3. 扭转:当杆件受到绕其轴线的力矩时,杆件会发生扭转变形。
扭转变形使得杆件的横截面绕轴线旋转。
4. 弯曲:当杆件受到垂直于其轴线的横向力时,杆件会发生弯曲变形。
弯曲变形导致杆件的轴线发生弯曲。
这些基本变形形式是杆件在不同加载条件下的主要响应方式。
在工程和力学领域中,了解杆件的基本变形形式对于设计和分析结构非常重要。
通过对这些变形形式的研究,可以确定杆件在负载下的应力、应变分布以及可能的破坏模式。
需要注意的是,实际工程结构中的杆件可能同时受到多种变形形式的组合作用。
例如,在一个梁的设计中,可能同时存在弯曲和剪切变形。
因此,在分析杆件的变形和应力时,需要综合考虑各种变形形式的影响。
希望这些信息对你有所帮助!如果你有其他问题,请随时提问。
杆件的四种基本变形

杆件的四种基本变形杆件变形的基本形式有四种,分别是拉伸或压缩、剪切、扭转、弯曲。
根据材料力学的内容,长度远大于截面尺寸的构件称为杆件,杆件的受力有各种情况,相应的变形就有各种形式。
1、拉伸或压缩这类变形就是由大小成正比方向恰好相反,力的促进作用线与杆件轴线重合的一对力引发的。
在变形上整体表现为杆件长度的弯曲或延长。
横截面上的内力称作轴力。
横截面上的形变原产为沿着轴线逆向的也已形变。
整个横截面形变对数成正比。
2、剪切这类变形就是由大小成正比、方向恰好相反、力的促进作用线相互平行的力引发的。
在变形上整体表现为受剪杆件的两部分沿外力作用方向出现相对错动。
横截面上的内力称作剪力。
横截面上的形变原产为沿着杆件横截面平面内的的乌形变。
整个横截面形变对数成正比。
3、扭转这类变形就是由大小成正比、方向恰好相反、促进作用面都旋转轴杆轴的两个力偶引发的。
整体表现为杆件上的任一两个横截面出现拖轴线的相对旋转。
横截面上的内力称作扭矩。
横截面上的形变原产为沿着杆件横截面平面内的的乌形变。
越紧邻横截面边缘,形变越大。
4、弯曲这类变形由旋转轴杆件轴线的纵向力,或由涵盖杆件轴线在内的横向平面内的一对大小成正比、方向恰好相反的力偶引发,整体表现为杆件轴线由直线变为曲线。
横截面上的内力称作弯矩和剪力。
在旋转轴轴线的横截面上,弯矩产生旋转轴横截面的也已形变,剪力产生平行于横截面的乌形变。
另外,受弯构件的内力有可能只有弯矩,没剪力,这时称作氢铵抠构件。
越紧邻构件横截面边缘,弯矩产生的也已形变越大。
杆件的轴向受力与位移

杆件的轴向受力与位移杆件是工程结构中常见的构件之一,它承受着来自外部作用力的作用。
在工程分析中,了解杆件的轴向受力与位移是非常重要的。
本文将介绍杆件受力的基本原理以及计算方法。
一、杆件受力的基本原理杆件受力的基本原理是基于牛顿第三定律,即一个杆件受到的作用力等于其对外部其他物体的反作用力。
具体来说,当外部施加一个轴向力到杆件上时,杆件会同时施加一个相等大小、相反方向的反作用力。
这个反作用力将作用在外部物体上,进而使外部物体发生位移。
二、杆件受力的计算方法杆件受力的计算需要考虑杆件的几何形状、材料特性以及受力方式等因素。
下面将介绍常见的几种杆件受力计算方法。
1. 张力与压力杆件受力的最常见情况是受到拉力或压力。
当杆件处于拉伸状态时,受力方向与杆件轴线方向一致,我们称其为张力。
当杆件处于压缩状态时,受力方向与杆件轴线方向相反,我们称其为压力。
根据杆件的几何形状和受力特点,可以使用梁力学等方法计算杆件的张力或压力。
2. 杆件位移与伸长量杆件在受力作用下会发生位移,这是由于杆件的弹性变形所导致的。
根据胡克定律,杆件伸长量与受力成正比,与杆件材料的弹性模量和杆件的几何形状有关。
通常可以使用杆件的受力-位移关系来计算杆件的位移。
三、杆件受力分析的实际应用杆件受力与位移的分析在工程实践中有着广泛的应用。
以下是一些实际应用案例:1. 桥梁结构分析桥梁中的杆件起到支撑和承载的作用。
通过对桥梁杆件的受力与位移进行分析,可以评估桥梁的结构稳定性和安全性。
这对于桥梁的设计和施工至关重要。
2. 柱式建筑结构设计柱式建筑结构中的立柱是承受垂直荷载的重要组成部分。
通过对立柱受力与位移的分析,可以确定立柱的尺寸和材料,确保其能够承受设计荷载并保持结构的稳定性。
3. 机械设计中的轴承分析机械设备中的轴承承受着旋转部件的轴向受力与位移。
通过对轴承的受力与位移进行分析,可以评估轴承的工作状态和寿命,并选择合适的轴承型号和润滑方式来保证设备的正常运行。
关于杆件变形能公式的推导

关于杆件变形能公式的推导杆件变形是指在受到外力作用下,杆件发生形变,这种形变可以用形变能来描述。
形变能是杆件弹性势能的一种表现形式,它是描述杆件形变程度的指标,与外力大小、杆件弹性系数、杆件长度和截面形状等相关。
要推导出杆件变形能公式,可以从杆件受力、应力、应变和势能等方面入手。
首先,杆件变形是由外力作用于杆件上引起的。
杆件在受力作用下会产生应力,应力是单位面积上的力。
杆件上的应变是指杆件在受力作用下,相应的长度变化。
根据胡克定律,应力与应变之间存在线性关系,可以表示为:σ=Eε其中,σ表示应力,E表示杨氏模量,ε表示应变。
接下来,考虑杆件的长度变化。
根据变形的几何关系,可知杆件长度的变化与应变之间存在关系。
设杆件在外力作用下发生的长度变化为ΔL,初始长度为L,变化后的长度为L',则有:ΔL=L'-L而杆件的应变ε可以表示为:ε=ΔL/L代入上述等式,可得:ΔL=εL将ε=σ/E代入,可以得到:PE=∫udV其中,V表示杆件的体积。
将杆件的应变ε替换进去,可以得到:PE=∫udV=∫σεdV=∫(σE)(ΔL/L)dV进一步展开,可以得到:PE = (∫ (σ E) ΔL dV) / L = (∫ (σ E) ΔL A dx) / L 其中,A表示杆件的截面积,x表示杆件的长度方向。
将ΔL=L'-L代入上式,可以得到:PE = (∫ (σ E) (L' - L) A dx) / L对式中的积分进行分解,可以得到:PE = ∫ (σ E A) (L' - L) dx / L再次代入ΔL=L'-L,可以得到:PE = ∫ (σ E A) ΔL dx / L由于σEA是常数,可以提到积分符号外,得到:PE = (σ E A) ∫ΔL dx / L杆件的长度与x成正比,对积分进行整理,可以得到:PE = (σ E A) ∫ L dx / L对上述积分进行求解,可以得到:因此,杆件的变形能可以表示为:PE=(σEA)L所以,杆件的变形能公式可以表达为:PE=Fδ其中,F表示外力,δ表示变形量。
杆件受力变形的基本形式
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杆件受力变形的基本形式杆件是指在工程结构中承受力的构件,它可以是直线形状的,也可以是曲线形状的。
在实际应用中,杆件往往会受到外力的作用,从而引起变形。
了解杆件受力变形的基本形式对工程设计和分析至关重要。
1. 拉伸变形拉伸变形是指当杆件受到拉力作用时产生的变形形式。
在拉伸变形情况下,杆件会沿拉力方向发生线性伸长,同时横向收缩。
拉伸变形对于长杆件来说尤为明显,而对于短杆件来说则可以忽略不计。
拉伸变形可以通过胡克定律来描述,即拉力与伸长量成正比。
2. 压缩变形压缩变形是指当杆件受到压力作用时产生的变形形式。
在压缩变形情况下,杆件会沿压力方向发生线性压缩,同时横向膨胀。
与拉伸变形类似,压缩变形对于长杆件来说尤为明显,而对于短杆件来说则可以忽略不计。
压缩变形同样可以通过胡克定律来描述,即压力与压缩量成正比。
3. 弯曲变形弯曲变形是指当杆件受到弯矩作用时产生的变形形式。
在弯曲变形情况下,杆件会沿弯矩方向发生弯曲,形成一个曲线。
弯曲变形对于弯曲杆件来说尤为明显,而对于直杆件来说则可以忽略不计。
弯曲变形可以通过弯曲应变公式来描述,即弯曲应变与弯曲距离成正比。
4. 扭转变形扭转变形是指当杆件受到扭矩作用时产生的变形形式。
在扭转变形情况下,杆件会沿扭矩方向发生扭转。
扭转变形对于薄壁杆件来说尤为明显,而对于实心杆件来说则可以忽略不计。
扭转变形可以通过扭转角度与扭转力矩的关系来描述。
5. 剪切变形剪切变形是指当杆件受到剪力作用时产生的变形形式。
在剪切变形情况下,杆件会沿剪切力方向发生形变,形成一个剪切变形图案。
剪切变形对于高刚度杆件来说尤为明显,而对于低刚度杆件来说则可以忽略不计。
剪切变形可以通过剪切应变与剪切力的关系来描述。
总结:杆件受力变形的基本形式包括拉伸变形、压缩变形、弯曲变形、扭转变形和剪切变形。
了解这些变形形式对于工程设计和分析至关重要。
在实际应用中,我们需要根据具体的杆件形状、受力情况和工程要求来确定杆件的设计和材料选择,以确保结构的稳定性和安全性。
简述杆件基本变形的类型及内力和应力的特点。

简述杆件基本变形的类型及内力和应力的特点。
杆件是指在它的横截面上允许受力,而沿杆轴方向的变形很大的构件。
杆件受外力作用时会产生应力和变形,在静力学中,可以分为以下基本变形类型:拉伸变形、压缩变形、弯曲变形、剪切变形、扭转变形。
拉伸变形是指杆件沿轴向受拉力作用,导致杆件整体拉长,这种变形引起的应力称为拉应力。
拉伸变形容易观察和测量,对钢材来说,拉伸应力可以很好地近似表达为复合应力。
压缩变形是指杆件沿轴向受压力作用,导致杆件整体缩短,这种变形引起的应力称为压应力。
压缩变形对杆件的强度会产生不利影响,因为它往往容易造成杆件失稳。
弯曲变形是指杆件在轴向沿一定力臂受力下弯曲,这种变形引起的应力称为弯曲应力。
杆件在弯曲时会产生剖面矩形,控制剖面矩形是理解弯曲变形的关键。
剪切变形是指杆件沿截面剪切受力,这种变形引起的应力称为剪切应力。
杆件在剪切变形时,杆件截面的形状会改变。
剪切变形不会引起杆件的长度变化,而是改变杆件截面的形状。
扭转变形是指杆件在轴向沿一定力臂受扭力作用下发生扭转,这种变形引起的应力称为剪应力。
扭转变形主要对薄壁的圆柱形杆件有影响,对杆件横截面上的应
力会形成主剪应力,对杆件轴向则会形成附剪应力。
总之,不同的基本变形类型在不同的情况下都会对杆件产生应力和变形。
了解不同基本变形类型的特点对于设计杆件或者判断其受力状况都至关重要。
4.2_杆件变形的基本形式1

四、内力
• 外力:杆件所受其他物体的作用力都称为外力;包括 载荷和约束反力。 • 内力:构件受外力作用时,在产生变形的同时,在其 内部相邻部分之间产生的相互作用力称为内力。 • 轴力:轴向拉、压杆产生的内力称为轴力。用字母 FN表示。 • 注意:内力随外力的增加而增加,当达到某一限度时, 就会引起构件的破坏。
杆件变形-扭转
杆件变形-扭转
薄壁圆管的扭转
变形现象:
(1)圆周线绕轴线相对转 动 (2)圆周线的大小和间距 不变 (3)各纵线倾斜同一角度 (4)矩形网格变为平行四 边形 近似认为管内变形 与管表面变形相同
杆件变形-弯曲
1、概念
杆件承受垂直于其轴线方向的外力,或 在其轴线平面内作用有外力偶时, 杆的轴 线变为曲线.以轴线变弯为主要特征的变形 称为弯曲。 作用于这些杆件上的外力垂直于杆件的轴 线,使原为直线的轴线变形后成为曲线, 这种方式的变形称为弯曲变形。
材料拉伸与压缩时的力学性能
金属材料的力学性能:指金属材 料在外力的作用下所表现出来的性 能。一般是通过实验来测定的。
一、拉伸实验:
1、拉伸试件和实验条件 1)标准试件: l=10 d 和 l=5 d (对圆截面试样) l为标距 A为横截面面积 d为横截面直径 2)实验条件:常温、静载
拉伸
压缩
许用应力和安全系数
1)极限应力:材料丧失正常工作能力时的应力,称为极限 应力。 塑性材料的极限应力为屈服极限σs;脆性材料的极限应力为 强度极限σb。 2)许用应力:将极限应力除以一个大于1的系数n作为工作 时的允许的最大应力,这个应力称为许用应力。用[σ]表示。 塑性材料:[σ]=σs/n ; 脆性材料:[σ]=σb/n; 安全系数:反映了材料的强度储备情况;安全系数一定大于 1。n过大,造成学浪费;n过小安全得不到保证,甚至造 成事故。
简述杆件变形的四种基本形式。

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简述杆件变形的四种基本形式。
答:杆件变形的基本形式是:拉伸或压缩变形、剪切变形、扭转
变形和弯曲变形。
拉伸或压缩变形的受力特点是杆件上外力(或外力合力)的作用
线与杆的轴线重合(不是平行),变形特点是杆件沿着轴线方向伸长或
缩短,同时,伴随着横截面方向的相应减小和增大。
剪切变形的受力特点是作用在构件两侧面上的外力合力大小相
等、方向相反且作用线相距很近,变形特点是构件沿两力作用线之间
的某一截面产生相对错动或错动趋势。
扭转变形的受力特点是两个等值反向的外力偶分别作用在杆件
两端垂直于轴线的平面内,变形特点是杆件各横截面绕杆的轴线发生
相对转动。
弯曲变形的受力特点是所有外力都作用在杆件的纵向平面内,且
与杆件的轴线垂直,变形特点是杆件的轴线由原来的直线变为曲线。
杆件的外力与变形特点.

推导弯矩、剪力和载荷集度间 的微分关系。 (规定q(x)向上 为正)
dFQ ( x ) dx
= q( x)
dM ( x) = FQ ( x) dx
dM 2 ( x ) dFQ ( x ) = = q ( x) 2 dx dx
剪力图上某点处的切线斜率等于该点处荷载集度的大小。 弯矩图上某点处的切线斜率等于该点处剪力的大小。
[例1] 图示杆的A、B、C、D点分别作用着大小为5P、8P、4P、 P 的力,方向如图,试画出杆的轴力图。
解题步骤:
1.计算轴力 (1)选取控制截面; (2)选取研究对象; (3)根据平衡方程求横截面上的轴力; 2.画轴力图
§4 扭转轴的内力分析
2、扭矩正负号规定 按右手螺旋法则,以拇指代表 横截面外法线方向,则与其余4指 转向相同的扭矩为正,反之为负。 3、扭矩图 1)以平行于杆轴线的坐标为x轴,其上各点表示横截面的位置。 2) 以垂直于杆轴线的坐标为Mx坐标,其上各点表示扭矩Mx的大 小,选比例尺画出的图形称为扭矩图。 3)正扭矩画在Mx轴的正半轴一侧,负扭矩画在Mx轴的负半轴一 侧。画垂直于x轴的影线表示。 4)根据扭矩图可以确定扭矩最大值及其作用面位置。 5)在图形上注明数值、单位、正负、图名。
三、扭转
工程上有一些直杆,在外力作用下,其主要变形是横截面 绕着杆轴线的转动,这种变形称为扭转。以扭转变形为主要变 形的圆杆称为轴。例:机器中的传动轴,钢丝绞,水轮发电机 的主轴。
工程实例
受力特点:外力是一平衡力偶系,作用 在垂直于杆轴线
的平面内。
变形特点:所有横截面绕杆轴线作相对运动,任意两横
结论梁弯曲时任意横截面上的内力包括两部分剪力和弯矩其值常随截面的位置而变化梁中任意截面的剪力在数值上等于此截面任一侧梁上外力的代数和梁中任意截面的弯矩在数值上等于此截面任一侧梁上的外力对截面形心之矩的代数和
《杆件的四种基本变形及组合变形、 直杆轴向拉、压横截面上的内力》教学设计

《杆件的四种基本变形及组合变形、直杆轴向拉、压横截面上的内力》教学设计课题 3.1杆件四种基本变形及组合变形教学时间2课时教学目标知识与技能认识杆件的基本变形和组合变形;过程与方法通过分析工程实例、生活实例中的受力及变形掌握杆件的基本变形的受力及变形特点;情感、态度、价值观通过分析工程结构中的受力及变形并口头描述,培养归纳、总结、语言表达的能力;教学重点1、杆件的基本变形受力特点、变形特点;教学难点1、杆件力学模型的理解2、杆件四种基本变形的区分教学内容及其过程学生活动教师导学一、引入手拉弹簧弹簧会发生什么变化?小朋友双臂吊在单杠上,人双手撑地倒立起来,胳膊都有什么样的感觉,胳膊的形状有改变吗?二、导学提纲3.1杆件四种基本变形及组合变形1.杆件是指其纵向长度远大于横向尺寸的构件,轴线是直线的杆件称为直杆。
2. 轴向拉伸和压缩受力特点是直杆的两端沿杆轴线方向作用一对大小相等、方向相反的力;变形特点是在外力作用下产生杆轴线方向的伸长或缩短。
3. 产生轴向拉伸变形的杆件,其当作用力背离杆端时,作用力是拉力(图a);产生轴向压缩变形的杆件,其作用力指向杆端,作用力是压力,(图b)。
4. 剪切变形的受力特点是作用在构件上的横向外力大小相等、方向相反、作用线平行且距离很近。
5. 剪切变形的变形特点是介于两横向力之间的各截面沿外力作用方向发生相对错动。
6. 剪切面是指两横向力之间的横截面,破坏常在剪切面上发生。
7. 扭转变形的受力特点:在垂直于杆轴线的平面内,作用有大小相等、转向相反的一对力偶。
8. 扭转变形的变形特点:各横截面绕杆轴线发生让同学来回答弹簧、胳膊的受力和形状改变。
1、自主学习自学教材、自主完成导学提纲,记录疑点或无法解决的问题,为交流作准备。
2、组内交流在小组长的组织下,有序开展交流与探讨,共通过引导学生回答问题,引出物体在力的作用下变形是客观存在的,进入课题。
当有学生问到,或对有兴趣的学生可适当介绍如下关系:1、布置前置作业课前精心预设前置作业,(由导学提纲、探究与感悟组成)组织学生自主学习。
杆的变形量计算公式

杆的变形量计算公式
杆件弯曲变形量可以通过杆件的杨氏模量、截面形状、杆件受力状态来计算。
下面是一般情况下杆的变形量计算公式:
1.直杆内力引起的弯曲变形量计算公式:
弯曲变形量(δ)=(M*L)/(E*I)
其中
δ为弯曲变形量
M为杆件的弯矩(Nm)
L为杆件的长度(m)
E为杆件的杨氏模量(Pa)
I为杆件的截面惯性矩(m^4)。
2.断面变形量引起的弯曲变形量计算公式:
弯曲变形量(δ)=(F*L)/(E*A)
其中
δ为弯曲变形量
F为杆件的力(N)
L为杆件的长度(m)
E为杆件的杨氏模量(Pa)
A为杆件的横截面积(m^2)。
这两个公式分别用于计算杆件在受到弯矩和受力作用下的弯曲变形量。
在实际应用中,根据杆件的不同形状和受力情况,可以选择相应的公式进
行计算。
此外,如果杆件的形状不规则,或杆件受力情况较为复杂,可以使用
数值方法来计算杆的变形量。
常用的数值方法包括有限元分析、杆件切割
法等。
综上所述,杆的变形量计算公式是根据杆件的弹性特性和几何形状推
导而来的。
通过这些公式,我们可以计算出杆件在受到弯矩和受力作用下
的弯曲变形量,为工程设计和结构分析提供了依据。
但在实际应用中,还
需要考虑一些特殊情况,并使用合适的数值方法进行计算。
杆件变形的基本形式及受力情况

杆件变形的基本形式有五种,包括拉伸或压缩、剪切、扭转、弯曲和组合变形。
1.拉伸或压缩:主要是在轴向受到力的作用,使杆件沿着轴线方向伸长或缩
短。
例如,拉杆、压杆和传动轴等。
2.剪切:主要是在垂直于轴线的平面内,由一对反向内力引起的杆件相对位
置的改变。
例如,房屋结构的梁在剪力作用下发生剪切变形。
3.扭转:主要是在垂直于轴线的平面内,由一对大小相等、方向相反且作用
线与杆轴线重合的外力偶引起的杆件各横截面间的相对转动。
例如,汽车方向盘的转动。
4.弯曲:主要是在垂直于轴线的平面内,由一个或多个大小相等、方向相反
且作用线与杆轴线垂直的外力偶引起的杆件各横截面间的相对转动。
例
如,桥梁和建筑物的梁在重力作用下发生弯曲变形。
5.组合变形:以上四种基本变形中的两种或两种以上的组合。
例如,在机械
制造和建筑领域中,常常会遇到各种复杂的组合变形情况。
杆及结构的变形计算

1 i
li
M
0 i
M
i
Ei Ii
dsi
i
li
N
0 i
N
i
Ei Ai
dsi
上述公式也可计算角位移,只要将P0视为单位力偶 就能够了。此时公式中旳M0 i,N0 i 即为单位力偶作用 在该构造上所引起旳相应内力。
所以,此时旳功能关系式应是:
A A0 P0 i
li
Mi M0i 2Ei Ii
2
dsi
i
li
Ni N0i 2Ei Ai
2
dsi
用此式减去前两式,可得:
P0 i
li
M 0i M i Ei Ii
dsi
i
li
N0i Ni Ei Ai
dsi
end
为了能直接得到 旳数值,可令P0=1,而相应于此
退出
7-l 拉伸(压缩)时旳变形
单段等截面 等轴力杆件
l Nl EA
多段等截面 等轴力杆件
l Nili
Ei Ai
多段变截面或 变轴力杆件
l
Ni (x) dx
i li Ei Ai (x)
例7-l 计算杆在自重作用下所引起旳伸长,设杆长为l,横截面面积为A,
材料旳比重为g,,弹性模量为E。
ymax y xl ql 4 / 8EI
end
7-4 求杆件变形旳叠加法
在假定杆旳变形微小及材料服从虎克定律旳前提下,杆旳变形(一 般指旳就是截面形心旳线位移和截面旳角位移)都是外加载荷旳线性齐 次函数。所以,当杆上有多种载荷共同作用时,尤其是当各载荷单独作 用时旳变形成果已知(如有表可查)时,用叠加法来计算杆旳变形尤为以 便,用式子体现,以挠度为例,即:
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结构杆件的受力变形高二(10)班黄钦仪魏萌指导教师邹樑摘要这篇论文通过实验,向我们展示了结构杆件在刚性连接下的受力变形特点以及杆系的不同部位受力对其他部位的影响,并提出了在建筑构筑物时选材的几点建议,为我们设计杆件提供最基本的资料。
研究目的研究杆件的变形有以下三个目的:1、使我们了解设计杆件时,除了要满足强度条件以保证安全外,还要满足其刚度条件以保证其正常工作。
也就是要求杆件在荷载作用下,弯曲变形不得超过允许范围。
2、是将来我们学习杆件的变形计算的基础。
3、通过实验的分析和对资料的整理,提高了我们分析问题和解决问题的能力。
问题提出在工程实际中,承受荷载和传递荷载的结构的构件在荷载的作用下,引起周围构件对它们的反作用,同时,构件本身因受内力作用而将产生变形,并且存在发生破坏的可能性。
构件在怎样的受力情况下会产生怎样的变形,构件在受力变形下会不会影响构筑物的正常使用,以及柱子等细长杆件受压时会不会出现屈曲现象致使杆件不能承担荷载,并由此引起整个构筑物的倒坍等都是我们将研究的问题。
研究方法:1收集资料2实验观察3画图分析4访问专业人士材料:橡胶(型号:HD2803)、胶水研究结果:在设计房屋、桥梁的楼面时,板和梁是用得最多的结构形式,在横向荷载的作用下,梁将产生弯曲变形,用橡胶做成梁的模型,这种弯曲变形就看得很清楚。
在加载之前,先在杆件的侧面上,划上许多横向直线和纵向直线,然后加载。
1、首先,我们做了一个最简单的杆件受力变形实验。
在一根杆件的两端支两个支点,再在这根杆件上加载(如图)在加载的过程中可以观察到,杆件受载后弯曲了,但那些纵向直线仍保持直线形式,不过相对旋转了一个角度。
设想梁是由无数纵向纤维所组成,由于弯曲而使截面转动,就使梁凹边纤维缩短,凸边纤维伸长,于是中间必有一层纤维是没有长度改变的,这一层为“中性层”(如图)。
在中性层到凹边这一部分,杆件是受压的,而从中性层到凸边这一部分,杆件是受拉的,所以在受压区应选择耐压能力高的材料,而在受拉区则应选择抗拉能力强的材料。
2、接着,我们又在第一个杆系的长杆中再加上一个支点,研究在一根杆件的两个支点间加载,对比杆件的其他部分将有什么影响。
在杆件的两支点间(即B区)加载(如图)我们看到,加载的这部分杆件和这根杆件的其他部位都弯曲了。
B区这部分杆件是向下凸出的,而另外两支点间的杆件(即A区杆件)则是向上凸起的。
每部分杆件都是从中间层到凹边部分是受压的,从中间层到凸线部分是受拉的。
但是,我们又发现,向上凸出的杆件的弯曲程度远不及向下凸出的杆件的程度大。
所以向上凸出的杆件的受拉区选择的材料的抗拉能力要比主受力杆件的受拉区选择的材料的抗拉能力弱一些,同样的,副受力杆的受压区选择的材料的耐压能力也可以比主受力杆受压区所选材料的耐压能力弱些。
那么我们可以想象,如果在原来的副受力杆上加载,即在A区加载,那么A区则向下凸出,而B区就向上凸出。
原来各区的受压区都变为受拉区,受拉区则变为受压区。
但是,A杆的中间层以下部分(即受拉区)所受拉力要比B杆的中间层以上部分所受拉力大;A杆的中间层以上部分(即受压区)所受压力要比B杆的中间层以下部分所受拉力大。
所以A杆的受拉区所选材料的抗拉能力要比B杆受拉区所选材料的抗拉能力强;A杆受压区所选材料的耐压能力要比B杆受压区所选材料的强。
综上所述,每个杆件当其有三个支点时,这个杆件的中间层以上应选择耐压能力强,抗拉能力稍弱的材料;这个杆件的中间层以下区应选择抗拉能力强、耐压能力稍弱的材料。
3、我们再做了一个比较复杂的实验。
用橡胶做成两层楼的杆系模型,同样的,在橡胶的侧面上划上许多横向和纵向的直线,这样,我们不仅能很清楚的看到杆件某部分受力时的受力情况及对比杆件其他部位的影响,还能清楚地看到杆件受力时对支持它的竖杆的影响。
首先,在此杆系的一部分杆件加载(如图)我们可以清楚地看见杆系的受力变形情况。
为了更好的描述,先画上一个杆系的示意图。
在D 区加载,我们明显地看到,D区的杆件向下凸出了,它的中间层以上部分是受压的,而中间层以下部分则是受拉的。
自然的,C区是向上凸出的,它的中间层以上部分是受拉的,中间层以下部分是受压的。
我们重点要看竖杆是怎样受力变形的,在相片中很明显地看到,④号杆与⑥号杆都相对D杆向外凸出了,也就是④号杆向左边凸出,⑥号杆则向右凸出了。
可见,④号杆的中间层以左是受拉的,而中间层以右是受压的,⑥号杆的中间层以左是受压的,中间层以右是受拉的。
再看③号杆与⑤号杆,它们都是相对B杆向内凸出了,即③号杆向右凸出,⑤号杆向左凸出。
所以③号杆的中间层以左是受压的,中间层以右是受拉的,⑤号杆的中间层以左是受拉的,中间层以右是受压的。
由于③号杆和⑤号杆的影响,B杆也发生了变形,虽然现象没有其它杆件那么明显(说明它所受力不太大),但也可以清晰地看到它是向上凸出的,所以它中间层以上受拉的,中间层以下是受压。
与此同时,A杆件也发生了变形,它的变形更不明显受力就更小了,照片上的显示也不很清楚,但我们可以根据前面的实验推断,A杆是向上凸出的。
事实也是如此,在做实验时靠近一些就可以发现,它确实是向上凸出了,所以它中间层以上是受拉的,中间层以下是受压的。
对于①号杆与②号杆的变形那就更难观测到了,这里就先放一下,做完下一个实验再作讨论。
4、我们在上个实验的杆系的B杆上加载(如图)我们看到,B杆受力变形了,它是向下凸出的,在其旁的A杆也因其影响向上凸出了,B区的中间层以上部分是受压的,中间层以下部分是受拉的;A区的中间层以上是受拉的,中间层以下是受压的。
③号杆与⑤号杆都明显地相对B杆向外凸出了,即③号杆向左凸出,⑤号杆向右凸出。
③号杆中间层以左是受拉的,中间层以右是受压的;⑤号杆中间层以左是受压的,中间层以右是受拉的。
由于③、⑤号杆的影响,D区也变形了,它的变形并不很明显,所以受力并不大,但在照片中可以清楚地看见它是向上凸出的。
它的中间层以上部分是受拉的,中间层以下则受压。
C区杆件由于受D杆影响,也会受力变形,但它的变形不易观察到,但是我们可以推断,它是向下凸出的。
也就是它的中间层以上部分是受压的,中间层以下部分是受拉的。
再看④号杆和⑥号杆,它们的变形也不太明显,说明受力不太大。
但凑近点可以看出,④号杆与⑥号杆都是相对D杆向里凸出的,也就是④号杆向右凸出,⑥号杆向左凸出。
这样,④号杆中间层以左是受压,中间层以右是受拉的;⑥号杆中间层以左是受拉,中间层以右是受压的。
而这次实验中①号与②号杆的变形也不明显,很难观察出来。
现在我们来解决上面留下的问题。
比较第3、4个实验,我们发现:凡是横杆件向下凸出弯曲时,支撑它的两个竖杆则会相对这根横杆向外凸出;凡是横杆件向上凸出弯曲时,支撑它的两个竖杆则会相对这根横杆向里凸出。
于是我们就猜想,在3实验中,A区是向下凸出的,那么①杆就应该向左凸出;而②杆应该向右凸出;在4实验中,①杆是向右凸出的,②杆是向左凸出的。
通过上网查相关资料及向专业人员请教,经过计算说明我们的推论是正确的。
通过上两个实验,我们可以推论,杆件的受力情况由此杆件离主受力杆件的远近决定:由近到远是逐渐减弱的。
即离主受力杆件越近,受力越大,变形越明显;离主受力杆件越远,受力越小,变形越不明显。
这可以从受力时各杆件的弯曲程度上看出。
在第3个实验中,受拉区有10个:①号杆中间层以左、②号杆中间层以右、③号杆中间层以右、④号杆中间层以左、⑤号杆中间层以左、⑥号杆中间层以右、A区中间层以下、B区中间层以上、C区中间层以上、D区中间层以下。
其中变形最明显的从强到弱有:D区中间层以下、C区中间层以上、③杆中间层以右、④杆中间层以左、⑤杆中间层以左、⑥杆中间层以右。
受压区也有10个,它们分别与受拉区对应,而受力最明显的受压区也与受力明显的受拉区对应。
在实验4中,受拉区也有10个:①杆的中间层以右、②杆中间层以左、③杆中间层以左、④杆中间层以右、⑤杆中间层以右、⑥杆中间层以左、A杆中间层以上、B杆中间层以下、C杆中间层以下、D杆中间层以上。
其中变形最明显的从强到弱有:B区中间层以下、A区中间层以上、③杆中间层以左、④杆中间层以右。
对应的受压区也有10个。
这样,可见在中间的杆件上加载对其它杆件的影响会比在上边的杆件上加载对其它杆件的影响大。
根据上面的结论,我们可以推想:如果分别是C杆和A杆上加载会如何呢?根据我们上面的结论:横杆向下凸出时,支撑它的两个竖杆会相对这根横杆向外凸出;横杆向上凸出时,支撑它的两个竖杆会相对这根横杆向里凸出,我们画了两个比较夸张的示意图。
这样,受拉区和受压区就很好地看出来了。
可以根据实验3、4推断:在C杆上加载时,受力变形最明显的杆是:C杆、D杆、①杆、②杆、③杆、④杆。
在A区加载时,受力变形最明显的杆件有:A杆、B杆、①杆、③杆。
在这两个实验中,对于横杆:先看实验3,在D区加载时D区中间层以下受拉力,虽然C区中间层以上、A区中间层以下、B区中间层以上都受到拉力,但从弯曲变形的程度上看,是远不及D区的大;D区中间层以上受到压力,虽然其他区也受到压力,但其大小也不及D区的大。
在C区加载时也如此,C区无论是受到的拉力与压力都大于其他区。
再联系实验4,两个实验的现象都表明:主受力杆的受力大小与变形程度都大于其他受力杆。
有时,一些横杆件会受到其他杆件的影响而向上凸出,这时它是副受力杆件,受到的拉力与压力都比较小。
所以,对于横杆,在它的中间层以上都要选耐压能力强、抗拉能力稍弱的材料,而中间层以下则要选抗拉能力强、耐压能力稍弱的材料。
这个结论与我们实验2中的结论是相同的。
对于竖杆,无论是在哪个横杆上加载,对与其其相邻的竖杆的影响都很大,而且因加载的部位不同,竖杆弯曲的凸向方向都有所不同,所以,竖杆选择的材料一定要强。
综上所述,在建筑一些构筑物时,构筑物的横杆中间层以上部分要选耐压能力强、抗拉能力稍弱的材料;中间层以下部分则要选抗拉能力强、耐压能力稍弱的材料。
构筑物的竖杆要选择抗拉耐压能力都要强的材料。
结构杆件的受力变形展示了结构杆件在刚性连接的情况下受力方向及相互关系,分析它们的受力变形状况是杆件设计的基础,为我们设计杆件提供最基本的资料。
研究体会寒窗十年,我们早已厌倦了书本与课堂的单调,作为21世纪的新一代,我们更需要的是实践与操作的能力。
而研究性学习则给了我们这样一次机会。
研究性学习与其他课程不同,它没有现成的学习内容,固定的模式,统一的方法,因此就需要我们学会自己确定选题,搜索资料,要有一定的分析问题和解决问题的能力。
从选题到实验到结稿,我们遇到了许多不曾经历过的困难,但是在老师与专业人士的指导下我们最终顺利的完成了课题。
了解了更多的物理实践应用的知识,提高了多方面的能力。
同时我们也更加热爱科学,有了学习的动力,享受到了学习的乐趣。