单元8+++梁的弯曲

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工程力学第八章 直梁弯曲

工程力学第八章  直梁弯曲
实际加工中,采用在铣刀 对面加顶尖的方式。其力学 原理是:增加铣刀的支座约 束,其受力图如图c所示,使 铣刀根部截面上的弯矩MW 减小。铣刀所受的径向力F, 一部分由顶尖承担,使铣刀 根部截面上的应力也相应减 小,从而保证了铣刀不被折 断,提高了生产效率。
§8-5 提高梁抗弯强度的主要措施
二、选择合理的截面形状
Mw y σ= Iz
Mw——横截面上的弯矩,N·m或N·mm; y——点到中性轴z的距离,m或mm; Iz——截面对中性轴z的惯性矩,m4或mm4。
最大正应力:σ max
M w ymax M w = = Iz Wz
Wz =
Iz ymax
Wz为抗弯截面系数,单位为m3或mm3。
§8-3 弯曲正应力
工程中常见梁截面图形惯性矩和抗弯截面系数计算公式 截面图形 惯性矩 抗弯截面系数
弯曲内力——剪力和弯矩 §8-2 弯曲内力 剪力和弯矩
2.弯矩的正负规定
梁弯曲成凹面向 上时的弯矩为正 梁弯曲成凸面向 上时的弯矩为负
弯矩的计算规律:某一截面上的弯矩,等于该截面 左侧或右侧梁上各外力对截面形心的力矩的代数和。
弯曲内力——剪力和弯矩 §8-2 弯曲内力 剪力和弯矩
三、弯矩图
1.弯矩方程与弯矩图
§8-1 平面弯曲的力学模型
(1)活动铰链支座 (2)固定铰链支座 (3)固定端支座
§8-1 平面弯曲的力学模型
3.载荷的基本类型 (1)集中力
(2)集中力偶 (3)分布载荷
F1
集中力
(分布力)
§8-1 平面弯曲的力学模型
4.静定梁的力学模型
名称
简支 梁




一端为活动铰链支座, 另 一端为固定铰链支座的梁 一端或两端伸出支座外的 简支梁,并在外伸端有载 荷作用 一端为固定端,另一端为 自由端的梁

梁的弯曲(应力、变形)

梁的弯曲(应力、变形)

2
回顾与比较
内力
应力
F
A
FAy
编辑ppt
T
IP
M
?
?
FS
3
§9-6 梁的弯曲时的应力及强度计算
一、弯曲正应力 Normal stress in bending beam
梁段CD上,只有弯矩,没有剪力--纯弯曲Pure bending
梁段AC和BD上,既有弯矩,又有剪力--剪力弯曲Bending by
transverse force
编辑ppt
4
研究对象:等截面直梁 研究方法:实验——观察——假定
编辑ppt5Leabharlann 实验观察——梁表面变形特征
横线仍是直线,但发生 相对转动,仍与纵线正交
纵线弯成曲线,且梁的 下侧伸长,上侧缩短
以上是外部的情况,内部如何? 想象 —— 梁变形后,其横截面仍为平面,且垂直
x
61.7106Pa61.7MPa
编辑ppt
13
q=60kN/m
A
1m
FAY
C
l = 3m
FS 90kN
M ql /867.5kNm 2
x
2. C 截面最大正应力
120
B
x
180
K
30 C 截面弯矩
z
MC60kN m
FBY
y
C 截面惯性矩
IZ5.83120 5m 4
x 90kN
C max
M C y max IZ
于变形后梁的轴线,只是绕梁上某一轴转过一个角度 透明的梁就好了,我们用计算机模拟 透明的梁
编辑ppt
6
编辑ppt
7
总之 ,由外部去 想象内部 —— 得到

工程力学第八章__直梁弯曲

工程力学第八章__直梁弯曲
作用面内的一条曲线。
(3)构件特征:具有一个以上对称面的等截
面直梁。
§8-1 平面弯曲的力学模型
二、梁的力学模型 1.梁的结构形式 工程中梁的轴 线多为直线。无论截 面形状如何,在计算 简图中的梁,一般均 用与梁轴线重合的一 段直线表示
§8-1 平面弯曲的力学模型
2.梁的支座 梁的支撑情况,要通过分析来确定在载 荷作用平面内支座对梁的约束类型以及相 应的约束反力数目。一般情况下,可将梁 的支承简化为以下三种典型支座之一:
§8-2 弯曲内力——剪力和弯矩
管钳的应用分析
在拧、卸管状零件 时,常常要使用管钳给 管件施加转矩,将管件 拧紧或卸下。当拆卸连 接牢固的管子时,常在 钳柄部分加套管,以增 大转矩。那么,在这种 情况下,钳牙是否会损 坏?
1一固定牙 2一可动牙 3-圆螺母 4一齿条 5一弹簧 6-钳柄 7-销轴
§8-2 弯曲内力——剪力和弯矩
2.改变加载方式,在结构允许的条件下,应 尽可能把集中力改变为分散力
集中力改变为分散力
§8-5 提高梁抗弯强度的主要措施
工程应用
吊车与平板车
吊车简图
平板车过桥
§8-5 提高梁抗弯强度的主要措施
3.增加约束 如图a所示,某变速器 换挡杆1需要加工一个R8的 月牙槽,以往是把月牙槽 铣刀悬挂地装在铣床主轴 上,利用工作台的升降进 行铣削加工。
§8-3
弯曲正应力
2.中性轴与中性层
§8-3 弯曲正应力
二、正应力的分布规律
横截面上各点正应力的大小与该点到中性轴 的距离成正比:

y


max
y max
在中性轴处纤维长度不变,此处 不受力,正应力为零。

08第八章 弯曲变形

08第八章  弯曲变形

二、梁计算简图 1支座形式与支反力 作用在梁上的外力,包括载荷和支座反力 载荷和支座反力。工程中常见支座有以下 载荷和支座反力 三种形式: (1)固定铰支座。如图8-3(a)所示,固定铰支座限制梁在支承处 固定铰支座。 固定铰支座 任何方向的线位移,其支座反力可用2个正交分量表示,沿梁轴线方 向的XA和垂直于梁轴线方向的YA。 (2)活动铰支座。如图8-3(b)所示,活动铰支座只能限制梁在支 活动铰支座。 活动铰支座 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。如图8-3(c)所示,固定端支座限制梁在支承处的任 固定端。 固定端 何方向线位移和角位移,其支座反力可用3个分量表示,沿梁轴线方 向的XA和垂直于梁轴线方向的YA,以及位于梁轴平面内的反力偶 MA。
解:(1)列弯矩方程 选取A为坐标原点,坐标轴如图8-13所示。在截 面x处切开,取左段为研究对象,列平衡方程: (2)作弯矩图 由弯矩方程可知,弯矩M为x的一次函数,所以 弯矩图为一条斜直线。(由两点可画出一条直线)
例8-7图8-14(a)所示悬臂梁,在全梁上受集度 为q的均布载荷作用。作该梁的弯矩图。
例8-1:如图8-8所示悬臂梁,求图中1-1和2-2截 面上的剪力和弯矩。
解: (1) 计算1-1上的剪力和弯矩。 假想在1-1截面处把梁截开,考虑左段梁的平衡, 剪力和弯矩按正方向假设。
得:
(2) 计算2-2上的剪力和弯矩。假想在2-2截面 处把梁截开,考虑左段梁的平衡,剪力和弯矩按 正方向假设。
弯矩图如图8-11(b)所示,由于在C点处有集中力 偶Mo作用,C点左侧与C点右侧弯矩不变,有突变, 突变值即为集中力偶Me。如b>a,则最大弯矩发生 在集中力偶作用处右侧横截面上 。
例8-5:图8-12(a)所示简支梁,在全梁上受集 度为q的均布载荷,作此梁的弯矩图。

工程力学(材料力学)8 弯曲变形与静不定梁

工程力学(材料力学)8 弯曲变形与静不定梁

B
ql4 RBl3 0
8EI 3EI
q 约束反力为
B
RB
3 8
ql
RB
用变形比较法求解静不定梁的一般步骤:
(1)选择基本静定系,确定多余约束及反力。 (2)比较基本静定系与静不定梁在多余处的变形、确定 变形协调条件。 (3)计算各自的变形,利用叠加法列出补充方程。 (4)由平衡方程和补充方程求出多余反力,其后内力、 强度、刚度的计算与静定梁完全相同。
教学重点
• 梁弯曲变形的基本概念; • 挠曲线的近似微分方程; • 积分法和叠加法计算梁的变形; • 梁的刚度条件。
教学难点
• 挠曲线近似微分方程的推导过程; • 积分法和叠加法计算梁的变形; • 变形比较法求解静不定梁。
第一节 弯曲变形的基本概念
齿轮传动轴的弯曲变形
轧钢机(或压延机)的弯曲变形
例13-4 用叠加法求图示梁的 yC、A、B ,EI=常量。
M
P
解 运用叠加法
A
C
l/2
l/2
A
=
q
5ql4 Pl3 ml2
B
yC
384EI
48EI
16EI
A
ql3 24EI
Pl 2
16EI
ml 3EI
B
B
ql3 24EI
Pl2 16EI
ml 3EI
M
+
q
A
+
BA
B
二、梁的刚度条件
y max y,
A
max
A ql3
B
24EI
RA
q
A
θB
l
B θB RB
在梁跨中点 l /2 处有 最大挠度值

工程力学习题册第八章 - 答案

工程力学习题册第八章 - 答案

第八章 直梁弯曲一、填空题1.工程中 发生弯曲 或以 弯曲变形 为主的杆件称为梁。

2.常见梁的力学模型有 简支梁 、 外伸梁 和 悬臂梁 。

3.平面弯曲变形的受力特点是 外力垂直于杆件的轴线,且外力和力偶都作用在梁的纵向对称面内 ;平面弯曲变形的变形特点是 梁的轴线由直线变成了在外力作用面内的一条曲线 ;发生平面弯曲变形的构件特征是 具有一个以上对称面的等截面直梁 。

4.作用在梁上的载荷有 集中力 、 集中力偶 和 分布载荷 。

5.梁弯曲时,横截面上的内力一般包括 剪力 和 弯矩 两个分量,其中对梁的强度影响较大的是 弯矩 。

6.在计算梁的内力时,当梁的长度大于横截面尺寸 五 倍以上时,可将剪力略去不计。

7.梁弯曲时,某一截面上的弯矩,在数值上等于 该截面左侧或右侧梁上各外力对截面形心的力矩 的代数和。

其正负号规定为:当梁弯曲成 凹面向上 时,截面上弯矩为正;当梁弯曲成凸面向上 时,截面上弯矩为负。

8.在集中力偶作用处,弯矩发生突变,突变值等于 集中力偶矩 。

9.横截面上弯矩为 常数 而剪力为 零 的平面弯曲变形称为 纯弯曲变形 。

10.梁纯弯曲变形实验中,横向线仍为直线,且仍与 梁轴线 正交,但两线不再 平行 ,相对倾斜角度θ。

纵向线变为 弧线 ,轴线以上的纵向线缩短,称为 缩短 区,此区梁的宽度 增大 ;轴线以下的纵向线伸长,称为 伸长 区,此区梁的宽度 减小 。

情况与轴向拉伸、压缩时的变形相似。

11.中性层与横截面的交线称为 中性轴 ,变形时梁的 所有横截面 均绕此线相对旋转。

12.在中性层凸出一侧的梁内各点,其正应力均为 正 值,即为 拉 应力。

13.根据弯曲强度条件可以解决 强度校核 、 截面选取 和 确定许可载荷 等三类问题。

14.产生最大正应力的截面又称为 危险截面 ,最大正应力所在的点称为 危险点 。

15.在截面积A 相同的条件下, 抗弯截面系数 越大,则梁的承载能力就越高。

第 8 章 弯曲刚度

第 8 章 弯曲刚度


例题 8-2
F
A
a
q
a
C
叠加法求A截面 B 的转角和C截面 的挠度. 解:
B
Fa 2 FA 4 EI
Fa 3 w FC 6 EI
F
A
a
=
FA C
wFC
a
q


+
B
A
a
qA C
wqC
a
qa 3 qA 3 EI 5 qa4 w qC 24 EI
d w M 2 EI dx
2
w
d 2w 0,M 0 2 dx M M
d 2w 0,M 0 2 dx
M M
本书所采 用的情况
x
x
d w M 2 EI dx
2
w
d w M 2 EI dx
2
使用条件:弹性范围内工作的细长梁。
EIw( x ) M ( x )
EIw( x ) M ( x )dx C 1
41ql 4 24 EI
§6 简单静不定梁
q
A
FAy
a
C
a
B
FBy
F
y
0 , FAy FBy 2qa 0.
0 , FBy 2a 2qa a 0.
M
A
1.静定梁:梁的未知力个数等于独立静力方程的个数 利用静力平衡方程就可以求出所有的未知力。
q
A
FAy
a
C
§2 小挠度微分方程及其积分 一、 小挠度微分方程
1 M( x ) ( x ) EI z
曲率与弯矩的关系
B
1 3 2 ( x ) 2 dw 1 dx d 2w dx 2

集中力偶

集中力偶

(也可由 M A 0求FB或校核FB的正误)
2、计算1-1
F=8kN
M1
FS1
截面的内力 F A
q=12kN/m
FS1 FA F 7kN
M1 FA 2 F (2 1.5) 26kN m
3、计算2-2
FS2 q 1.5 FB 11kN
截面的内
2、其它规律:
①|M|max可能发生在剪力为零处、集中力作用处、集中力偶作用处; ②q突变反向,剪力图有尖点,弯矩图有凸凹性反转拐点; ③荷载图关于梁左右对称,则剪力图关于梁中点反对称,弯矩图左右对 称;荷载图关于梁中点反对称,则剪力图左右对称,弯矩图关于梁中 点反对称。
3、具体诠释: ⑴当一段梁上荷载集度q(x) = 0 (无荷段)
工程力学
单元8 梁的弯曲
§8-1 §8-2 §8-3 平面弯曲和梁的类型 梁的内力 简捷法画梁的内力图
§8-4 §8-5
叠加法画弯矩图 练习题
§8-1
平面弯曲和梁的类型
一、 弯曲变形与梁
1、弯曲变形:杆件受到垂直与杆轴的外力作用或在纵向平面内受到力 偶作用,杆轴由直线变成曲线,这种变形成为弯曲变形。 q M F 2、梁:以弯曲变形为主要变形的杆件。
Σ
c左
Σ
c右
左 左 右 Σ
c左

Σ
c右
四、简捷方法计算指定截面内力
1、某指定截面上剪力Q 大小:在数值上等于截面一侧所有外力在垂直与轴 线上投影的 代数和。Q=ΣP。 正负:以外力定内力。 截面左侧向上,或界面向下的外力使截面产 生正剪力。 即“左上右下为正”。 2、某指定截面上弯矩M
大小:在数值上等于截面一侧所有外力对截面形心 力矩的代数和。M=Σm。 正负:截面左侧外力矩顺时针,截面右侧外力矩逆 时针使截面产生正弯矩。 即“左顺右逆为正”。

梁的弯曲(应力、变形)

梁的弯曲(应力、变形)
和梁的跨度、截面尺寸等因素。
梁的弯曲类型
01
02
03
自由弯曲
梁在受到外力作用时,其 两端不受约束,可以自由 转动。
简支弯曲
梁在受到外力作用时,其 一端固定,另一端可以自 由转动。
固支弯曲
梁在受到外力作用时,其 两端均固定,不能发生转 动。
梁的弯曲应用场景
桥梁工程
桥梁中的梁常常需要进行弯曲变形以承受车辆和 行人等载荷。
稳定性。
06 梁的弯曲研究展望
CHAPTER
新材料的应用研究
高强度材料
随着材料科学的进步,高强度、轻质的新型 材料不断涌现,如碳纤维复合材料、钛合金 等。这些新材料在梁的弯曲研究中具有广阔 的应用前景,能够显著提高梁的承载能力和 刚度。
功能材料
新型功能材料如形状记忆合金、压电陶瓷等, 具有独特的力学性能和功能特性,为梁的弯 曲研究提供了新的思路和解决方案。
反复的弯曲变形可能导致疲劳裂纹的 产生和扩展,影响结构的疲劳寿命。
对使用功能的影响
弯曲变形可能导致结构使用功能受限 或影响正常使用。
04 梁的弯曲分析方法
CHAPTER
理论分析方法
弹性力学方法
01
基于弹性力学理论,通过数学公式推导梁在弯曲状态下的应力
和变形。
能量平衡法
02
利用能量守恒原理,通过计算梁在不同弯曲状态下的能量变化,
详细描述
常见的截面形状有矩形、工字形、圆形等。应根据梁的用途和受力情况选择合适的截面形状。例如, 对于承受较大弯矩的梁,采用工字形截面可以有效地提高梁的承载能力和稳定性。
支撑结构优化
总结词
支撑结构是影响梁弯曲性能的重要因素,合理的支撑结构可以提高梁的稳定性,减小梁 的变形。

力学基础-(八) 梁的弯曲

力学基础-(八) 梁的弯曲

ql FQ (l ) 2
用两点式画出剪力图的斜直线。
x
4. 画弯矩图
M(0) 0
ql 2 M(l / 2)
8
M(l) 0
用三点坐标描出弯矩图的二次曲线。
13
任务八 梁的弯曲
弯曲剪力图和弯矩图
2.画剪力图和弯矩图的简便方法
(1)集中力作用处
剪力图有突变,突变幅值等于力 的大小,方向与力同向。
x
(4)集中力偶作用处 剪力图不变化。
弯矩图有突变,突变幅值等于力偶矩的大小,方向顺时针向上突变,反之 向下。
14
任务八 梁的弯曲
弯曲剪力图和弯矩图
应用举例
例 图示跨长为l的简支梁AB,中点C 作用集中力F,试用简便画法画
梁剪力图和弯矩图。
F
A
l/2 FA=F/ FQ 2 F/
C l/2
B FB=F/
MA
A FA
x
l
FQ
F
F B
x
M
Fl
x
从上例可以得出
结论1:无荷载作用的梁段上 剪力图为常量; 弯矩图为斜直线。
确定直线两点的坐标,A点的临近截 面A+的弯矩值
MA+=-Fl
B点的临近截面B -的弯矩值 MB-=-F·=0
12
任务八 梁的弯曲
弯曲剪力图和弯矩图
应用举例
例 图示的简支梁AB,作用均布荷载q,建立剪力、弯矩方程,画梁的
MA
A FA
x
l
FQ
F
M
-Fl
F
B
xC
FA
x
FQ
ql/
2
xM
l/2
ql/

梁的弯曲-变形刚度计算

梁的弯曲-变形刚度计算

一、梁的变形度量——挠度与转角
x
1 1'
F
A
C
B
x
y
C'
y
1'
1
Байду номын сангаас
y f ( x)
——挠曲线方程
一、梁的变形度量——挠度与转角
x
1 1'
F
A
C
B
x

y
1'
y
C'
1
在小变形下: 即:
dy y tan dx
——转角方程
任一横截面的转角 = 挠曲线在该截面形心处切线的斜率
2
9 ql 2 128
M max
1 2 M A ql 8
例 14 试作图示超静定梁的剪力图和弯矩图。
q
5.讨论 设MA为多余约束力 列变形几何方程
A Aq AM 0
A
A l
B 原结构
q MA A B 静定基
查表
Aq
ql M Al , AM A 24 EI 3 EI
5Fl 3 Fl 2 Fl 3 l 6 EI 3 EI 2 EI
F A l C l
Me B
yBM
A F A C B
e
BM
B
e
Me
BF
yBF
3. Me和F共同作用时
2 M e l Fl 2 B BM e BF EI 2 EI 2 M e l 2 5Fl 3 y B y BM e y BF EI 6 EI
2.确定积分常数
FBy=
l
Me l
由 y x 0 0, D 0

第八章 弯曲内力、应力及强度计算

第八章 弯曲内力、应力及强度计算

例8-3 如图所示的悬臂梁上作用有均布载荷q,试画出该梁的 剪力图和弯矩图。
解:(1) 列剪力方程和弯矩方程,
将梁左端A点取作坐标原点。
剪力方程和弯矩方程
FQ (x) qx (0 x l) M (x) 1 qx2 (0 x l)
2
(2) 画剪力图和弯矩图
剪力图是一倾斜直线
弯矩图是一抛物线
解 (1)计算1-1截面上弯矩
M1 P 200 1.5103 200103 300N m
(2) 计算 1-1 截面惯性矩
Ix
bh2 12
1.8 32 12
4.05 10 3 m4
(3) 计算1-1截面上各指定点的正应力
A
M1 yA Ix
300 1.5 102 4.05102
111106 N/m2
拉应力
B
M1 yB Ix
300 1.5 102 4.05102
111106 N/m2
压应力
A
M1 yC Ix
M1 0 0N/m 2 Ix
D
M1 yD Ix
3001.5102 4.05102
74.1106 N/m2
压应力
例8-9 一简支木梁受力如图(a)所示。已知q=2kN/m,l=2m。试比 较梁在竖放(图(b))和平放(图(c))时横截面C处的最大正应力。
3、 画剪力图和弯矩图
FQ FQ
FQ
max
ql 2
ql 2 M max 8
例 4 简支梁AB,在C 点处受集中力P 作用, 如图所示。 试作此梁的弯矩图。
解 (1)求支座反力
M B 0 Pb FAl 0
FY 0 FA FB P 0
(2) 列弯矩方程

梁的弯曲变形

梁的弯曲变形

案例三:工业厂房的弯曲变形
总结词
工业厂房在生产过程中,由于设备、货物等重量的影响,会产生弯曲变形,影响结构的稳定性。
详细描述
工业厂房在生产过程中,需要承受设备、货物等重量的影响。这些重量会导致厂房产生弯曲变形。如果变形过大, 将会影响厂房的正常使用和安全性。因此,对于工业厂房的弯曲变形问题,需要进行定期检测和维护,确保其正 常运转和安全性。
发展高效数值模拟方法
开发更精确、高效的数值模拟方法, 用于预测和控制梁的弯曲变形,为实 际工程应用提供指导。
优化梁的结构设计
基于对弯曲变形的深入理解,优化梁 的截面形状、尺寸和连接方式,提高 其承载能力和稳定性。
弯曲变形的未来发展趋势
跨学科交叉研究
加强与材料科学、物理学、计算科学等学科的交叉合作,引 入新技术和方法,推动梁的弯曲变形研究的发展。
04
梁的弯曲变形案例分析
案例一:桥梁的弯曲变形
总结词
桥梁在车辆、人群等外部载荷作用下, 会产生弯曲变形,影响结构的稳定性。
VS
详细描述
桥梁作为大型结构物,在长期承受车辆、 人群等外部载荷的作用下,会发生弯曲变 形。这种变形不仅会影响桥梁的美观性, 更严重的是会降低结构的稳定性,甚至引 发安全事故。因此,对于桥梁的弯曲变形 问题,需要进行定期检测和维修,确保其 安全性能。
梁的弯曲变形
• 梁的弯曲变形概述 • 梁的弯曲变形分析 • 梁的弯曲变形与结构安全 • 梁的弯曲变形案例分析 • 梁的弯曲变形研究展望
01
梁的弯曲变形概述
定义与类型
定义
梁的弯曲变形是指梁在受到外力 作用时发生的弯曲现象,导致梁 的轴线由直线变为曲线。
类型
根据弯曲变形的程度和性质,可 以分为弹性弯曲、塑性弯曲和脆 性弯曲等类型。

第8章弯曲刚度(完整版)

第8章弯曲刚度(完整版)

因此,对于某根具体的梁,只要列出它的弯矩 方程M = M(x),将其代入 EIw( x ) M ( x ) ,对
x连续积分后有:
EIw M ( x ) dx C1 EIw [ M ( x ) dx ] dx C1 x C 2
利用梁的位移条件确定式中的积分常数,就得转角 方程 = (x) = w'(x)和挠度方程 w = w (x) ,从而也 就可以求某个具体横截面处的转角和挠度了。
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弯曲刚度
5
1.梁的曲率与位移
根据上一章所得 到的结果,弹性范围 内的挠度曲线在一点 的曲率与这一点处横 截面上的弯矩、弯曲
刚度之间存在下列关
系:
M = EI
1
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弯曲刚度
6
2.挠度与转角的相互关系 梁在弯曲变形后,横截面的位置将发生改变, 这种位置的改变称为位移。梁的位移包括三部分:
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弯曲刚度
19
(2)位移边界条件
积分法中常数由梁的约束条件与连续条件确定。约束 条件是指约束对于挠度和转角的限制: 在固定铰支座和辊轴支座处,约束条件为挠度等于
零:w=0;
在固定端处,约束条件为挠度和转角都等于零: w=0, θ =0。 连续条件是指,梁在弹性范围内加载,其轴线将弯曲 成一条连续光滑曲线,因此,在集中力、集中力偶以及
工程力学教程电子教案
弯曲刚度
9
3.研究梁的挠度和转角的目的:
(1) 对梁作刚度校核,即检查梁弯曲时的最大 挠度是否超过按要求所规定的容许值;
(2) 解超静定梁。如下图所示梁。
F1 A FA FC
C
F2 B FB

第八章 弯曲刚度详解

第八章 弯曲刚度详解

40
3
40
12 3
边界条件:当 x 0 时,y 0 ;
当 x 2m 时, y l 2.29 103 m
代入上式得 C 11.145103,D 0
故 y 3 102 ( 20 x4 20 x3) 11.145 103 x
40
12 3
当 x 1m 时,y 7.395 103 m 7.395 mm 。
1 6
Pa3
C2
0
EI
(0)
1 2
Pa2
C1
0
a
P
L
x
f
(a ) (a ) C1 D1
f (a ) f (a )
C1a C2 D1a D2
C1
D1
1 2
Pa2
; C2
D2
1 6
Pa3
写出弹性曲线方程并画出曲线
P
f
(x)
6EI P
6EI
(a x)3 3a2 x a3 3a2 x a3
=+ +
A
D
B
图1
P1=1kN B
图2
C
C
M Bx
f2
P
q [例4] 按叠加原理求A点转角和
A
C
B C点挠度。
a
a
P
=
解: ① 载荷分解如图
② 由梁的简单载荷变形表,
A
B
查简单载荷引起的变形。
+
PA
Pa2 4EI
f PC
Pa3 6EI
A
q B
qA
qa3 3EI
f qC
5qa 4 24EI
A
P
q B

梁的弯曲应力与强度计算

梁的弯曲应力与强度计算

虽然横力弯曲与纯弯曲存在这些差异,但是应用纯弯曲时正
应力计算公式来计算横力弯曲时的正应力,所得结果误差不大,
足以满足工程中的精度要求。且梁的跨高比 l/h 越大,其误差越小。

My Iz
8 梁的弯曲应力与强度计算
8.1 梁弯曲时横截面上的正应力
例: 已知 l=1m,q=6kN/m,10号槽 钢。求最大拉应力和压应力。 解:(1)作弯矩图
28 . 8 MPa t
y2

( 2 . 5 10 N m )( 88 10 763 10
8
3
m)
Iz
m
4
故该梁满足强度条件。
8 梁的弯曲应力与强度计算 8.3.1 梁的弯曲剪应力
8.3 梁的剪应力及其强度条件
1. 矩形截面梁的弯曲剪应力
关于横截面上剪应力的分布
M
max

2F 3W z
Wz




3 2
( 237 10
6
)( 160 10 ) N 56 . 9 kN
6
8 梁的弯曲应力与强度计算
8.2 弯曲正应力的强度条件
例:一矩形截面木梁,已知 F =10 kN,a =1.2 m。木材的许用应力
=10MPa。设梁横截面的高宽比为h/b=2,试选梁的截面尺寸。

bh 6
2
对于直径为 D 的圆形截面
Wz Iz y max

D / 64
4

D
32
3
D /2
对于内外径分别为 d 、D 的空心圆截面
Wz Iz y max

D (1 ) / 64

梁的位移分析与刚度设计

梁的位移分析与刚度设计

§8-2 梁的挠曲线近似微分方程及其积分
一、梁的挠曲线近似微分方程式
曲线 y f (x)的曲率为
y K
(1 y 2 ) 3/2
1M
EI z
1
v (1 v 2 ) 3/2
v
M v 或 EIv M EI z
y M0
M v 0 M
y M0
M v 0 M
x
x
EIv M
梁的挠曲线近似微分方程:
第八章 弯曲变形 静不定梁 §8-1 概 述
一、工程实践中的弯曲变形问题 在工程实践中,对某些受弯构件,除要求
具有足够的强度外,还要求变形不能过大,即 要求构件有足够的刚度,以保证结构或机器正 常工作。
摇臂钻床的摇臂或车床的主轴变形过大, 就会影响零件的加工精度,甚至会出现废品。
桥式起重机的横梁变形过大,则会使小车 行走困难,出现爬坡现象。
A
v Px (4x2 3l2 ) 48EI
x l
C
l
B
x
2
2
最大转角和最大挠度分别为:
max
A
B
Pl 2 16EI
v max
v
x l 2
Pl 3 48EI
例:已知梁的抗弯刚度为EI。试求图示简支 梁的转角方程、挠曲线方程,并确定θmax和vmax。
y
q
A
C
D
E
B
x
a
a
a
a
解:由对称性,只考虑半跨梁ACD
EIv M (x) 或:
d2v EI M (x)
dx 2
二、用积分法求梁的变形
EIv M(x)
EIv M(x) dx C
EIv M(x) dx dx Cx D

第8章 梁的弯曲变形及其刚度计算(练习题)

第8章 梁的弯曲变形及其刚度计算(练习题)
第8章 梁的弯曲变形及其刚度计算(练习题)
在自由端承受集中力P作用的悬臂梁AB长度为l,
EI为常数。试求其转角与挠度方程,以及最大的转角
θmax与挠度ymax。
第8章 梁的弯曲变形及其刚度计算(练习题)
一、单项选择题
1、通常我们用(
A.挠度和转角 答案:A
)度量梁的弯曲变形。
C.角应变 D.应变
B.单位长度扭转角
bh3 8b 4 I1 12 12
hb 2b 1 I2 I1 12 12 4
3 4
bh2 4b 3 W1 6 6
hb 2 2b 3 1 W2 W1 6 6 2
wmax 2 4wmax 1
max 2 2 max 1
第8章 梁的弯曲变形及其刚度计算(练习题)
就能减小 max 。而梁的最大挠度和转角却与整个梁的 EI 都有关, 局部加大
第8章 梁的弯曲变形及其刚度计算(练习题)
2、如图所示,高宽比h/b=2的矩形截面梁,若将梁的横截 面由竖放改为平放,其它条件不变,则梁的最大挠度和最大正
应力分别为原来的——倍。
A.2和2 B.4和2 F
F
C.4和4
D.8和4
c h
z
y b
第8章 梁的弯曲变形及其刚度计算(练习题)
答案:B
wmax 与 EI 成反比, max 与 W 成反比。
一、单项选择题
3、在等直梁的最大弯矩所在截面附近,局部加大横截面的尺寸( )。
A.仅对提高梁的强度是有效的 C.对提高梁的强度和刚度都有效 B. 仅对提高梁的刚度是有效的 D. 对Wz
,式中 W z 是 M max 所在截面的抗弯截面系数,加大它 并不能显著地减小变形。 I
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单元8 梁的弯曲知识点:梁弯曲变形的概念;梁平面弯曲时横截面上的内力——弯矩和剪力、内力正负号规定;截面法求指定截面上的内力;用剪力方程、弯矩方程作简单梁的剪力图和弯矩图;荷载集度、剪力和弯矩之间的微分关系及其在绘制内力图上的应用;叠加法绘制弯矩图;区段叠加法绘制弯矩图。

梁纯弯曲时的正应力分布规律及正应力计算公式;梁的正应力强度条件及强度计算;矩形截面与工字形截面梁剪应力的计算公式、常用截面梁的最大剪应力公式;梁的剪切强度条件;梁的合理截面形状、提高梁抗弯强度的措施。

梁变形的概念;挠曲线近似微分方程;抗弯刚度;叠加法求梁的变形;梁的刚度条件;提高梁刚度的措施。

一点处的应力状态、单元体、平面应力状态、主应力、主平面,最大切应力;梁的主应力迹线;强度理论简介。

教学目标:理解梁平面弯曲的概念及其受力特点、变形特点;掌握用截面法计算梁的剪力和弯矩;掌握画梁的内力图的基本方法及其规律;理解荷载集度、剪力和弯矩之间的微分关系;理解叠加原理;掌握用叠加法画弯矩图。

掌握正应力分布规律及横截面上任一点的正应力计算公式;理解正应力强度条件,熟练对梁进行正应力强度计算;了解剪应力的分布规律及剪应力强度条件;掌握梁的变形及刚度条件。

掌握用叠加法求梁的变形、理解梁的挠度与转角的概念;了解梁的挠曲线近似微分方程、了解刚度条件及刚度计算;了解提高梁抗弯刚度的措施。

理解应力状态、单元体的概念;掌握平面应力状态分析的解析法;掌握主应力、主平面、最大剪应力的概念及其计算;了解梁的主应力迹线;了解强度理论。

课题1 平面弯曲1.1 平面弯曲当杆件受到垂直于杆轴的外力作用或在纵向平面内受到力偶作用(下图)时,杆轴由直线弯成曲线,这种变形称为弯曲。

以弯曲变形为主的杆件称为梁。

弯曲变形是工程中最常见的一种基本变形。

例如房屋建筑中的楼面梁和阳台挑梁,受到楼面荷载和梁自重的作用,将发生弯曲变形,如下图所示。

工程中常见的梁,其横截面往往有一根对称轴,这根对称轴与梁轴线所组成的平面,称为纵向对称平面(见下图)。

如果作用在梁上的外力(包括荷载和支座反力)和外力偶都位于纵向对称平面内,梁变形后,轴线将在此纵向对称平面内弯曲。

这种梁的弯曲平面与外力作用平面相重合的弯曲,称为平面弯曲。

平面弯曲是一种最简单,也是最常见的弯曲变形,本章将主要讨论等截面直梁的平面弯曲问题。

1.2 单跨静定梁的几种形式工程中对于单跨静定梁按其支座情况分为下列三种形式:(1)悬臂梁梁的一端为固定端,另一端为自由端(见下图a)。

(2)简支梁梁的一端为固定铰支座,另一端为可动铰支座(见下图b)。

(3)外伸梁梁的一端或两端伸出支座的简支梁(见下图c)。

课题2 梁的弯曲内力——剪力和弯矩为了计算梁的强度和刚度问题,在求得梁的支座反力后,就必须计算梁的内力。

下面将着重讨论梁的内力的计算方法。

2.1 截面法求内力2.1.1 剪力和弯矩下图(a)所示为一简支梁,荷载F和支座反力RA、RB是作用在梁的纵向对称平面内的平衡力系。

现用截面法分析任一截面m—m上的内力。

假想将梁沿优m一m截面分为两段,现取左段为研究对象,从图9—6可见,因有支座反力RA作用,为使左段满足Σy=O,截面m—m上必然有与RA等值、平行且反向的内力Q存在,这个内力Q,称为剪力;同时,因R A对截面m—m的形心。

点有一个力矩R A·a的作用,为满足三眠截面m—m上也必然有一个与力矩R A·a大小相等且转向相反的内力偶矩M存在,这个内力偶矩M称为弯矩。

由此可见,梁发生弯曲时,横截面上同时存在着两个内力素,即剪力和弯矩。

(a)剪力的常用单位为N或kN,弯矩的常用单位为N·m或kN·m。

剪力和弯矩的大小,可由左段梁的静力平衡方程求得,即:如果取右段梁作为研究对象,同样可求得截面m—m上的Q和M,根据作用与反作用力的关系,它们与从右段梁求出m—m截面上的Q和M大小相等,方向相反,(c)图所示。

2.1.2 剪力和弯矩的正、负号规定为了使从左、右两段梁求得同一截面上的剪力Q和弯矩M具有相同的正负号,并考虑到土建工程上的习惯要求,对剪力和弯矩的正负号特作如下规定:(1)剪力的正负号使梁段有顺时针转动趋势的剪力为正,反之为负(下图a、b)。

(2)使梁段产生下侧受拉的弯矩为正,反之为负(下图a、b)2.1.3 用截面法计算指定截面上的剪力和弯矩用截面法求指定截面上的剪力和弯矩的步骤如下:(1)计算支座反力;(2)用假想的截面在需求内力处将梁截成两段,取其中任一段为研究对象;(3)画出研究对象的受力图(截面上的Q和M都先假设为正的方向);(4)建立平衡方程,解出内力。

【例1】简支梁如图所示。

已知F1=30kN,F2=30kN,试求截面1—1上的剪力和弯矩。

【解】 (1)求支座反力,考虑梁的整体平衡如取1-1截面右段梁为研究对象如上图b,可得出同样的结果课题3 用内力方程法绘制剪力图和弯矩图为了计算梁的强度和刚度问题,除了要计算指定截面的剪力和弯矩外,还必须知道剪力和弯矩沿梁轴线的变化规律,从而找到梁内剪力和弯矩的最大值以及它们所在的截面位置。

3.1 剪力方程和弯矩方程从上节的讨论可以看出,梁内各截面上的剪力和弯矩一般随截面的位置而变化。

若横截面的位置用沿梁轴线的坐标x来表示,则各横截面上的剪力和弯矩都可以表示为坐标x的函数,即:Q=Q(x), M= M (x)以上两个函数式表示梁内剪力和弯矩沿梁轴线的变化规律,分别称为剪力方程和弯矩方程。

3.2 剪力图和弯矩图为了形象地表示剪力和弯矩沿梁轴线的变化规律,可以根据剪力方程和弯矩方程分别绘制剪力图和弯矩图。

以沿梁轴线的横坐标x表示梁横截面的位置,以纵坐标表示相应横截面上的剪力或弯矩,在土建工程中,习惯上把正剪力画在x轴上方,负剪力画在x轴下方;而把弯矩图画在梁受拉的一侧,即正弯矩画在x轴下方,负弯矩画在x轴上方,如图9—12所示。

【例2】简支梁受均布荷载作用如下图所示,试画出梁的剪力图和弯矩图。

【解】 (1)求支座反力因对称关系,可得根据这两个截面的剪力值,画出剪力图。

由式(2)知,M(x)是x的二次函数,说明弯矩图是一条二次抛物线,应至少计算三个截面的弯矩值,才可描绘出曲线的大致形状。

根据以上计算结果,画出弯矩图。

从剪力图和弯矩图中可得结论:在均布荷载作用的梁段,剪力图为斜直线,弯矩图为二次抛物线。

在剪力等于零的截面上弯矩有极值。

【例3】简支梁受集中力作用如图所示,试画出梁的剪力图和弯矩图。

由梁的整体平衡条件计算无误。

(2)列剪力方程和弯矩方程梁在C处有集中力作用,故AC段和CB段的剪力方程和弯矩方程不相同,要分段列出。

AC段:在距A端为X1的任意截面处将梁假想截开,并考虑左段梁平衡,则剪力方程和弯矩方程为:(1)(1)(2)画剪力图和弯矩图根据剪力方程和弯矩方程画剪力图和弯矩图。

Q图:AC段剪力方程Q(x1)为常数,其剪力值为Fb/L,剪力图是一条平行于x轴的直线,且在x轴上方。

CB段剪力方程Q(x2)也为常数,其剪力值为一Fb/L,剪力图也是一条平行于x轴的直线,但在x轴下方。

画出全梁的剪力图。

M图:AC段弯矩M(x1)是x1的一次函数,弯矩图是一条斜直线,只要计算两个截面的弯矩值,就可以画出弯矩图。

由上面两个弯矩值,画出CB段弯矩图。

整梁的弯矩图如上图所示。

从剪力图和弯矩图中可得结论:在无荷载梁段剪力图为平行线,弯矩图为斜直线。

在集中力作用处,左右截面上的剪力图发生突变,其突变值等于该集中力的大小,突变方向与该集中力的方向一致;而弯矩图出现转折,即出现尖点,尖点方向与该集中力方向一致。

【例4】如图9—15所示简支梁受集中力偶作用,试画出梁的剪力图和弯矩图。

【解】 (1)求支座反力由整梁平衡得:(2)列剪力方程和弯矩方程梁在C截面有集中力偶m作用,应分两段列出剪力方程和弯矩方程。

AC段:在A端为x1的截面处假想将梁截开,考虑左段梁平衡,则剪力方程和弯矩方程为:(3)画剪力图和弯矩图Q图:由式(1)、式(3)可知,梁在AC段和CB段剪力都是常数,故剪力是一条在x轴上方且平行于x轴的直线。

画出剪力图如上图所示。

M图:由式(2)、式(4)可知,梁在AC段和CB段内弯矩都是x的一次函数,故弯矩图是两段斜直线。

AC段:画出弯矩图如上图所示。

由内力图可得结论:梁在集中力偶作用处,左右截面上的剪力无变化,而弯矩出现突变,其突变值等于该集中力偶矩。

课题4 用叠加法画弯矩图4.1 叠加原理由于在小变形条件下,梁的内力、支座反力,应力和变形等参数均与荷载呈线性关系,每一荷载单独作用时引起的某一参数不受其他荷载的影响。

所以,梁在几个荷载共同作用时所引起的某一参数(内力、支座反力、应力和变形等),等于梁在各个荷载单独作用时所引起同一参数的代数和,这种关系称为叠加原理,见下图所示。

4.2 叠加法画弯矩图根据叠加原理来绘制梁的内力图的方法称为叠加法。

由于剪力图一般比较简单,因此不用叠加法绘制。

下面只讨论用叠加法作梁的弯矩图。

其方法为:先分别作出梁在每一个荷载单独作用下的弯矩图,然后将各弯矩图中同一截面上的弯矩代数相加,即可得到梁在所有荷载共同作用下的弯矩图。

为了便于应用叠加法绘内力图,在下表中给出了梁在简单荷载作用下的剪力图和弯矩图,可供查用。

单跨梁在简单荷载作用下的弯矩图【例8-9】试用叠加法画出下图所示简支梁的弯矩图。

【解】 (1)先将梁上荷载分为集中力偶m和均布荷载q两组。

(2)分别画出m和q单独作用时的弯矩图(图b、c),然后将这两个弯矩图相叠加。

【例题】试作出下图外伸梁的弯矩图。

【解】 (1)分段将梁分为AB、BD两个区段。

.(2)计算控制截面弯矩。

(3)作M图,如下图所示。

由上例可以看出,用区段叠加法作外伸梁的弯矩图时,不需要求支座反力,就可以画出其弯矩图。

所以,用区段叠加法作弯矩图是非常方便的。

【例题】绘制下图所示梁的弯矩图。

【解】此题若用一般方法作弯矩图较为麻烦。

现采用区段叠加法来作,可方便得多。

(1)计算支座反力。

(3)把整个梁分为CA、AD、DE、EB、BF五段,然后用区段叠加法绘制各段的弯矩图。

方法是:先用一定比例绘出CF梁各控制截面的弯矩纵标,然后看各段是否有荷载作用,如果某段范围内无荷载作用(例如CA、DE、EB三段),则可把该段端部的弯矩纵标连以直线,即为该段弯矩图。

如该段内有荷载作用(例如AD、BF二段),则把该段端部的弯矩纵标连一虚线,以虚线为基线叠加该段按简支梁求得的弯矩图。

整个梁的弯矩图如上图所示。

其中AD段中点的弯矩为:课题5 梁弯曲时的应力及强度计算由于梁横截面上有剪力Q和弯矩M两种内力存在,所以它们在梁的横截面会引起相应的剪应力和正应力,5.1 梁横截面上正应力1、正应力分布规律(1)平面假设各横向线代表横截面,变形前后都是直线,表明截面变形后仍保持平面,且仍垂直于弯曲后的梁轴线。

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