18轴向拉压杆的强度计算
轴向拉压杆的强度计算
用
19
重点：强度校核公式
模
块 四
max
FN A
max
归 难点:基本公式变形及应用
纳
（1）变形Ⅰ： [A]≥N/[σ] 应用—— 截面设计
总
结 （2）变形Ⅱ： [P]≤A × [σ]
应用——确定许用荷载
20
课后作业: 三角形屋顶如图所示，已知：均布荷载密度
q=4.2kN/m, AB杆许用应力 [ ] = 170MPa .
模
块
讨论结果——
二
外部施加的压力使截面产生的正应力
课
题
大于
探
材料本身能承受的最大的应力时材料破坏
讨
11
(3.)总结学生讨论结果给出正应力
模
强度条件公式
块
为保证拉压杆具备足够的强度，
二
最大工作应力σmax不能超过材料
的许用应力[σ]。
课 题
即其强度条件是：
探
最大工作应力σmax ≤许用应力[σ]
讨
max
土木工程力学基础
轴向
杆的强度计算
重庆九源教育分享
1
（一）任务情景
模 任务：公路上一小桥，
块
每个桥墩需承受外部荷载 为——2500KN，使用
一 C25混凝土砌筑桥墩，桥
墩截面尺截面 尺寸为
任 （400×400mm），如不
务
计截面中钢筋承受的应力， 试校核桥墩是否满足强度
设 要求？如不满足，采取什 置 么样的措施进行改善？
2
模 （二）任务分析细化 块 细化问题一，用什么物理量来描述材料强度？ 一 细化问题二，探寻构件符合正应力强度条件？ 任 细化问题三，探寻强度和面积之间的科学关系？ 务 设 置
杆件的轴向拉压变形及具体强度计算
根据强度条件，可以解决三类强度计算问题
1、强度校核：
max
FN A
2、设计截面：
A
FN
3、确定许可载荷： FN A
目录
拉压杆的强度条件
例题3-3
F
F=1000kN，b=25mm，h=90mm，α=200 。
〔σ〕=120MPa。试校核斜杆的强度。
解：1、研究节点A的平衡，计算轴力。
目录
——横截面上的应力
目录
FN
A
——横截面上的应力
该式为横截面上的正应力σ计 算公式。正应力σ和轴力FN同号。 即拉应力为正，压应力为负。
根据杆件变形的平面假设和材料均匀连续性假设 可推断：轴力在横截面上的分布是均匀的，且方向垂 直于横截面。所以，横截面的正应力σ计算公式为：
目录
• 拉(压)杆横截面上的应力
FN 2 45° B
F
FN1 28.3kN FN 2 20kN
2、计算各杆件的应力。
B
1
FN1 A1
28.3103 202 106
4
F
90106 Pa 90MPa
x
2
FN 2 A2
20103 152 106
89106 Pa 89MPa
目录
三、材料在拉伸和压缩时的力学性质
教学目标：1.拉伸、压缩试验简介； 2.应力-应变曲线分析； 3.低碳钢与铸铁的拉、压的力学性质； 4.试件的伸长率、断面收缩率计算。
教学重点：1.应力-应变曲线分析； 2.材料拉、压时的力学性质。
教学难点：应力-应变曲线分析。 小 结: 塑性材料与脆性材料拉伸时的应力-应变曲线分析。 作 业: 复习教材相关内容。
工程力学-第7章-轴向拉压杆件的强度与变形计算
7
Guang Zhou Auto College
工程力学
第7章 轴向拉压杆件的强度与变形计算
广 州 汽
斜拉桥承受拉力的钢缆 车 学 院
8
Guang Zhou Auto College
工程力学
第7章 轴向拉压杆件的强度与变形计算
广 州 汽 车 学 院9来自 7-1轴向拉压杆横截面上的应力
胡克定律
车
学
院
工程力学
17
轴向拉压的变形分析
P
P
A 细长杆受拉会变长变细，
P
B 受压会变短变粗
C 长短的变化，沿轴线方向， 称为纵向变形
l+Dl l
d-Dd d
D 粗细的变化，与轴线垂直，
称为横向变形
P
P
P
7-3轴向拉压杆的变形计算 胡克定律
工程力学
Guang Zhou Auto College
变形量的代数和：
汽
车
Δ
l
＝
FNi li FNi ADlEADA＋i
＝Dl AD DlDE DlEB Dl
FNDElDE ＋ FNEBlEB ＋ FNBClBC
BC
学
Ec AAD
Ec ADE
Es AEB
Es ABC
＝1.2106 m 0.6106 m 0.285106 m 0.428106 m
广
承受轴向载荷的拉（压）杆在工程中的
州
应用非常广泛。
汽
由汽缸、活塞、连
杆所组成的机构中，不
车
仅连接汽缸缸体和汽缸
盖的螺栓承受轴向拉力，
学
带动活塞运动的连杆由
直杆轴向拉压横截面上的轴力计算
设正法 ∑FX=0或者∑FY=0
假想面 1
F
F
A
ห้องสมุดไป่ตู้
B
轴力背离截面即拉力为正，反之为1负
1
F
FN 轴力
1
1
轴力 FN'
F
1
7
计算轴力步骤
用假想截面将 杆件进行切断
F
M1
A
1
B 1
F
F
M2
将轴力带入图中，
采用设正法，即
FN为拉力
1 FN 轴力
∑FX=0或者∑FY=0
1
M3
M4
取出任意一段 作研究对象， 进行受力分析
直杆轴向拉、压横截面的轴力计算
陈星新
目标
1 轴力的概念 2 计算轴力的方法 3 计算轴力的步骤
轴力的概念
内力是由外力作 用而引起杆件内 部某一部分与另 一部分之间的相 互作用力，是作 用力与反作用力。
外力越大，内力 越大； 外力消失，内力 也随之消失。
3
轴力的概念
在建筑工程中，为了保证杆件不被拉断或 者压坏，必须先计算出杆件的内力
书本P53页，图3-8，采用平衡方程计算各截面的轴力
不是 结束 是开始
4
问 如何计算杆件的内力呢？
计算轴力
现有一杆件AB两端受到一对轴向拉力F=10KN，计算该杆件的内力。
∑FX=0或者∑FY=0
假想面 1
∑FX=0 -F+FN=0
F A
F B 1
-10KN+FN=0 FN=10KN（拉力）
1
F
FN 轴力
1
6
计算轴力
现有一杆件AB两端受到一对轴向拉力F=10KN，计算该杆件的内力。
【教学能力比赛】轴向拉、压杆的强度计算-教学设计
轴向拉、压杆的强度计算教学设计基于中职、中专类学生的特点，我选用的是高教出版社《土木工程力学基础》，该书在内容上对原有的冗杂部分进行了删减，在满足教学需要的同时，符合中专生以就业为导向的培养思想。
力学课是一门技术基础课，本课的学习主要是为学生学习专业课做铺垫的，所以十分重要。
所以结合教学大纲的要求及学生层次特点，本课的教学重难点为：【教学重难点】教学重点：理解正应力拉压干强度公式含义教学难点：利用拉压杆强度条件公式解决强度效和、截面设计等工程实际问题。
【教学目标】1. 技能目标：使学生能够应用正应力强度条件公式完成轴向拉压构件强度校核、截面设计和确定许用荷载方面的实际任务。
2.能力目标：加强学生解决问题的能力。
3.情感目标：在探究学习中增强学生的自信。
这样多元化的教学目标，把关键的能力培养蕴含于知识技能的学习中专，并培养他们自信的心理态度。
【教学过程】科学合理的教学方法能使教学效果事半功倍，达到教与学的和谐完美统一。
因为我们所面对的学生的学习基础薄弱，学习方法单一，习惯于被动接受，而非主动思考，而本节课又是理论性极强的一节课，所以我采用的教法是以任务驱动法为主线贯穿整堂课，各部分穿插讲授法、演示教学法、启发教学法。
而学法上，我贯彻的指导思想是以提高和发展学生的能力为本，启发引导学生积极思考探究问题，发现规律，看到本质，纳未知为已知；倡导“自主、合作、探究”的学习方式，具体的学法是自主学习、探究学习、小组合作完成任务法和分组讨论法。
我的教学过程的开展以任务驱动的形式为主要的教学方法贯穿于课程始终。
在完成任务课题探讨阶段分别使用了范例式教学法和启发式教学法，使学生通过自主学习、探究学习、合作学习的学习方式理解新课知识点。
整个过程强调提高和发展学生的能力为本，其中贯穿了引导、启发的思想，充分发挥教师主导的同时，体现学生主体的教学理念，下面我对具体的教学过程进行做一下阐释。
为了完成教学目标，解决教学重点突破教学难点，课堂教学我按四个大模块、七个教学环节展开来完成教学过程。
讲轴向拉压杆强度计算.
P
N=266kN
max
N 4 266 103 116.2MP a 2 A 3.14 54
A
α
B P=30kN
C
一起重用支架。a= 30°，AB杆为圆截面 钢杆，1 160MPa 。BC杆为正方形木 材杆件， 2 10MPa 。请根据强度条 件设计AB杆直径d与BC杆边长a。
L x A B
分析：
V ABDLBD;
P C
ABD N BD / ; LBD h / sin 。
h
D
L x
XA
A
B
YA
NBD
P
C
解： BD杆内力N( )： 取AC为研究对象，如图
mA 0 , (NBDsin ) (hctg ) Px
PL NBD hcos
HC
C
RC
③应力：
N
max
N 4P A d2
4 26.3 103 MPa 2 131 3.14 0.016
max
131MPa 170 MPa
此杆满足强度要求，是安全的。
[例] 简易起重机构如图，AC为刚性梁，吊车与吊起重物总重
为P，为使 BD杆最轻，角 应为何值？ 已知 BD 杆的许用应力 为[]。
2.5 轴向拉压（杆）强 度计算
一、许用应力与安全系数
1.材料的极限应力 塑性材料： σ°=σs 脆性材料： σ°=σb 2.许用应力
为了保证构件能正常地工作，应当把最大工作应 力限制在一定的范围之内，这个限制值称为材料在 拉伸（或压缩）时的许用应力。用 [σ]表示。
3.安全系数n
轴向拉压
FN 3 A3 5000 8.33MPa 600
FN 1
○ －
s max s1 10MPa s 12MPa
∴ 此杆满足强度条件。 29
5kN
[例]图示结构中，拉杆AB由等边角钢制成，容许应力 [s]=160MPa，试选择等边角钢的型号。。
B
解：取杆AC。
m
40 kN
FN AB
3
19
三、斜截面的应力
m
P
m m
P
P
m
m
k
p
N
A——斜截面面积
P p A A
FN
P
m
sห้องสมุดไป่ตู้
p
2
FN A
FN A / cos
s p cos s cos s p sin s sin cos sin 2
A=80mm2，容许应力[s]=160MPa，试校核杆CD的强度并 计算容许荷载。 D A
30
N C B A 30 C
a
解：
a
XA
B P
P
YA
1 m A 0; 2 FN a P 2a 0 ∴ CD 杆满足 FN 4 P 8kN 强度条件。 FN 8000 s 100MPa s A 80
4）圣维南（Saint-Venant）原理：
厚度为1mm 100N 1mm 100N
厚度为1mm 50N 50N 1mm
50N
50N
厚度为1mm 1mm 100MPa 100MPa
二、横截面的正应力 拉压杆横截面上只有正应力而无剪应力，忽略应力集中
杆件的强度分析与计算
第九章杆件的强度分析与计算第一节概述一、构件的承载能力机械或机器的每一组成部分称为构件，它是机器的运动单元，为保证构件正常工作，构件应具有足够的能力负担所承受的载荷。
因此，构件应当满足以下要求：（一）、强度要求：构件在外力作用下应具有足够的抵抗破坏的能力。
在规定的载荷作用下构件不应被破坏,具有足够的强度。
例如，冲床曲轴不可折断；建筑物的梁和板不应发生较大塑性变形。
强度要求就是指构件在规定的使用条件下不发生意外断裂或塑性变形。
（二）、刚度要求：构件在外力作用下应具有足够的抵抗变形的能力。
在载荷作用下，构件即使有足够的强度，但若变形过大，仍不能正常工作。
例如，机床主轴的变形过大，将影响加工精度；齿轮轴变形过大将造成齿轮和轴承的不均匀磨损，引起噪音。
刚度要求就是指构件在规定的使用条件下不发生较大的变形。
（三）、稳定性要求：构件在外力作用下能保持原有直线平衡状态的能力。
承受压力作用的细长杆，如千斤顶的螺杆、内燃机的挺杆等应始终维持原有的直线平衡状态，保证不被压弯。
稳定性要求就是指构件在规定的使用条件下有足够的稳定性。
为满足以上三方面的要求，构件可选用较好的材料和较大的截面尺寸，但这与节约和减轻构件自相矛盾。
构件设计的任务就是在保证满足强度、刚度和稳定性要求的前提下，以最经济的方式，为构件选择适宜的材料、确定合理的形状和尺寸。
二、变形固体的基本假设由各种固体材料制成的制成的构件在载荷作用下将产生变形，称为变形固体或变形体。
为了便于理论分析和实际计算，对变形固体常采用的几个基本假设：（一）．连续性假设：假设在固体所占有的空间内毫无空隙地充满了物质。
实际上，组成固体的粒子之间存在空隙，但这种空隙极其微小，可以忽略不计。
于是可认为固体在其整个体积内是连续的。
基于连续性假设，固体内的一些物理量可用连续函数表示。
（二）．均匀性假设：均匀性假设是指材料的力学性能在各处都是相同的，与其在固体内的位置无关。
（三）．各向同性假设：即认为材料沿各个方向的力学性质是相同的。
第八章 轴向拉压杆的强度计算
试验现象（矩形截面试件）：
b' b
d d'
σ
} FN
周线：平移，形状不变，保持平行；
纵向线：伸长，保持平行，与周线正交。
拉（压）杆横截面上的内力 F 是轴力，其方向垂直于横截面， 因此，与轴力相应的只可能是垂 直于截面的正应力，即拉（压）
F
杆横截面上只有正应力，没有切 应力。
a' a
c c'
F
b' b
d d'
σ
} FN
平面假设： 受轴向拉伸的杆件，变形后横截面仍保持为平面，两
平面相对位移了一段距离。
假想杆件是由若干与轴线平行的纵向纤维组成的，任意两个
横截面之间所有纵向纤维的伸长均相同；又因为材料是均匀
的，各纤维的性质相同，因此其受力也一样，即轴力在横截
面上是均匀分布的。
a' a
c c'
F
F
轴向拉压等截面直杆，
σ σmax
板条受拉时，圆孔直径
所在横截面上的应力分
布由试验或弹性力学结
果可绘出，如图（b）
所示，其特点是：
在小孔附近的局部区
域内，应力急剧增大，
但在稍远处，应力迅速
F
降低而趋于均匀。
(a)
(b)
这种由于杆件形状或截面尺寸突然改变而引起局部区 域的应力急剧增大的现象称为应力集中。
设产生应力集中现象的截面上最大应力为σmax，同一 截面视作均匀分布按净面
d2
100103 N
1 302 mm2
141.5MPa
44
F NAB F NBC 30
BC
FNBC a2
86.6103 N 1002 mm2
第十章轴向拉压杆的应力与强度条件
10.3 轴向拉伸与压缩时材料的力学性能
10.3 轴向拉伸与压缩时材料的力学性能
力学性能：材料在外力作用下表现的有关强度、变形方面的特性。
10.3.1 试验条件及试验仪器
1、试验条件：常温(20℃)；静载（及其缓慢地加载）； 标准试件。
d
h
10.3 轴向拉伸与压缩时材料的力学性能
2、试验仪器：万能材料试验机；变形仪（常用引伸仪）。
10.1 轴向拉压杆截面上的应力 10.2 轴向拉压时的变形 10.3 拉伸与压缩时的力学性能 10.4 轴向拉压时的强度条件 10.5 应力集中及其利弊
10.1 轴向拉压杆的应力
10.1 轴向拉（压）杆的应力
问题提出：
FPLeabharlann FPFPFP
1. 内力大小不能衡量构件强度的大小。 2. 强度 (1)内力在截面分布集度应力；
FN
A
式中 A—拉（压）杆横截面的面积； FN—轴力。
当轴力为拉力时，正应力为拉应力，取正号； 当轴力为压力时，正应力为压应力，取负号。
10.1 轴向拉压杆的应力
对于等截面直杆，最大正应力一定发生在轴力最大的截 面上。
max
FN max A
习惯上把杆件在荷载作用下产生的应力，称为工作应 力。
长度量纲
10.2 轴向拉压时的变形
为了消除原始尺寸对杆件变形量的影响，准确说明杆 件的变形程度，将杆件的纵向变形量△l 除以杆的原长l， 得到杆件单位长度的纵向变形。
纵向线应变 l
l
横向线应变 d
d
FP
a1
线应变--每单位长 度的变形，无量纲。
a
FP
l l1
10.2 轴向拉压时的变形
轴向拉压杆的计算(工程力学课件)
负
切应力
顺为正，逆为负
分析
（1）在通过拉压杆内任一点的各个截面上，一般都存 在正应力和切应力，其大小和方向随角度作周期性变化
应力状态 分析
（2） 0 0 max 横截面上正应力最大
（3） 45
45
2
max
最大切应力发生在45斜截面上
（4） 90 90 0 平行于杆轴线的纵向截面上没有应力 90 0
210kN
210kN
（1）求CD杆轴力。 用m—m截面截开取左侧结构
M E 0 FNCD 3 FA 4 0
FNCD 280 kN
（2）计算CD杆所需面积
A≥ FNmax 280 103 N 1 647.06 mm2
[ ] 170 MPa 查附表选择工字钢的型号：
A≥1647.06mm2 16.4706cm2
（1）斜弯曲（弯、弯组合） （2）拉（压）弯组合 （3）弯扭组合 （4）偏心压缩（压、弯组合） （主要是拉压、扭、弯组合）
外力 来自构件外部的力。
包括荷载（主动力）、约束反力（被动力） 理论力学部分讲的受力分析——都是外力
内力 内力是因外力作用而引起的，存在于受力体内部
应力 单位面积上的内力、一点处内力的密集度
截取 画力 外力
平衡
内力 （轴力） 应力
内力
FN 轴力 背离截面
拉为正
Fs 剪力
F
m
右手螺旋法则
T 扭矩 背离截面为正
m
M 弯矩 下拉为正 Fs 剪力 顺为正
内力：轴力FN 正负号规定
FN “拉为正、压为”
FN FN
【例题】 求杆上指定截面的内力 ① 求外力
30kN
练习： 10kN
杆件的强度计算公式资料讲解
杆件的强度计算公式资料讲解杆件的强度、刚度和稳定性计算1.构件的承载能⼒，指的是什么？答：构件满⾜强度、刚度和稳定性要求的能⼒称为构件的承载能⼒。
(1)⾜够的强度。
即要求构件应具有⾜够的抵抗破坏的能⼒，在荷载作⽤下不致于发⽣破坏。
(2)⾜够的刚度。
即要求构件应具有⾜够的抵抗变形的能⼒，在荷载作⽤下不致于发⽣过⼤的变形⽽影响使⽤。
(3)⾜够的稳定性。
即要求构件应具有保持原有平衡状态的能⼒，在荷载作⽤下不致于突然丧失稳定。
2.什么是应⼒、正应⼒、切应⼒？应⼒的单位如何表⽰？答：内⼒在⼀点处的集度称为应⼒。
垂直于截⾯的应⼒分量称为正应⼒或法向应⼒，⽤σ表⽰；相切于截⾯的应⼒分量称切应⼒或切向应⼒，⽤τ表⽰。
应⼒的单位为Pa。
1 Pa=1 N／m2⼯程实际中应⼒数值较⼤，常⽤MPa或GPa作单位1 MPa=106Pa1 GPa=109Pa3.应⼒和内⼒的关系是什么？答：内⼒在⼀点处的集度称为应⼒。
4.应变和变形有什么不同？答：单位长度上的变形称为应变。
单位纵向长度上的变形称纵向线应变，简称线应变，以ε表⽰。
单位横向长度上的变形称横向线应变，以ε/表⽰横向应变。
5.什么是线应变？什么是横向应变？什么是泊松⽐？答：（1）线应变单位长度上的变形称纵向线应变，简称线应变，以ε表⽰。
对于轴⼒为常量的等截⾯直杆，其纵向变形在杆内分布均匀，故线应变为l l?=ε（4-2）拉伸时ε为正，压缩时ε为负。
线应变是⽆量纲（⽆单位）的量。
（2）横向应变拉(压)杆产⽣纵向变形时，横向也产⽣变形。
设杆件变形前的横向尺⼨为a，变形后为a1，则横向变形为aaa-=1横向应变ε/为a a=/ε（4-3）杆件伸长时，横向减⼩，ε/为负值；杆件压缩时，横向增⼤，ε/为正值。
因此，拉(压)杆的线应变ε与横向应变ε/的符号总是相反的。
（3）横向变形系数或泊松⽐试验证明，当杆件应⼒不超过某⼀限度时，横向应变ε/与线应变ε的绝对值之⽐为⼀常数。
此⽐值称为横向变形系数或泊松⽐，⽤µ表⽰。
材料力学 第02章 轴向拉伸和压缩及连接件的强度计算
弹屈 性服 阶阶 段段
强 化 阶 段
颈 缩 阶 段
33/113
2.3 材料在拉伸或压缩时的力学性能 2.3.1 低碳钢Q235拉伸时的力学性能-弹性阶段
Oa段应力与应变成正比
s Ee
s
b a
弹性模量E是直线Oa的斜率 Q235 E≈200GPa
直线部分的最高点a所对应的应力称为 比例极限，sp Oa段材料处于线弹性阶段
(2) 杆AB段上与杆轴线夹45°角(逆时针方向)斜截面上的正应力 和切应力。
A 1 300 mm B 500 kN 300 mm 2 C 3 300 kN 400 mm
26/113
D
200 kN
2.2 拉压杆截面上的内力和应力 【例2-3】解
A 1 300 mm B 500 kN 300 mm 2 C
内力相同，
但是常识告诉我们，
F F
直径细的拉杆更容易破坏。
求得各个截面上的轴力后，并不能直接判断杆件是否具有足 够的强度。必须用横截面上的应力来度量杆件的受力程度。 用横截面上的应力来度量杆件的受力程度。
18/113
2.2 拉压杆截面上的内力和应力 2.2.2 1 拉压杆横截面上的应力
a
F
c
c' d'
F4
D
FN4
F
x
0 FN4 F4 0
FN4 20 kN 拉
16/113
同一位置处左右侧截面上的内力分量具有相同的正负号
2.2 拉压杆截面上的内力和应力 【例】解
1
FR A F1
F1=40kN，F2=55kN，F3=25kN，F4=20kN
2
F2 B
轴向拉压杆内力和内力图
11
第12页/共50页
五、挤压应力的确定：（实用的挤压应力，名义挤压应力） 假设：挤压面上只存在挤压应力，且挤压应力分布均匀。
bs
Fbs Abs
方向：垂直于挤压面。
max P
G →
G
→
G
d
dx
方向垂直于半径。
19
第20页/共50页
应力分布
（实心截面）
（空心截面）
20
第21页/共50页
二、圆轴扭转时的强度计算
1、强度条件：
max
Tm ax Wp
2、强度计算：
1）校核强度； 2）设计截面尺寸； 3）确定外荷载。
max
Tm a x Wp
[ ]
F
第8页/共50页
焊缝
F
7
F
F m
F
F
m
m
m
F
F
二、剪切的概念
受力特点：作用于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：两力之间相邻截面发生相对错动。
剪切面：相对错动的面。
8
第9页/共50页
三、 剪切与挤压的强度计算
1、外力：F。
F m
F
m
F
Fs
τ
2、内力：（截面法）剪力 Fs=F。 3、应力：实用切应力，名义切应力(剪应力） 假设——剪切面上只存在切应力，而且其分布是均匀的。
右手的四指代表扭矩的旋转方向，大拇指代表其矢量方向，若其矢量方向背离所在 截面则扭矩规定为正值，反之为负值。
杆件拉伸和压缩强度计算
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第四节 拉压杆的强度计算
3M23.tif
例3-5 空心圆截面杆如图3-23所示，外径D＝20mm,内径d=15mm,承 受轴向载荷F=20kN作用，材料的屈服应力σs=235MPa，安全系数n=1. 5。试校核该杆的强度。 解 杆件横截面上的正应力为
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第四节 拉压杆的强度计算
例3-6 如图3-24所示桁架，由杆1与杆2组成，在节点B承受集中载 荷F作用。试计算载荷F的最大许可载荷［F］。已知杆1与杆2的横 截面面积均为A=100mm2,许用拉应力为［σt］=200MPa，许用压应力 为［σc］=150MPa。 解 1) 轴力分析：设杆1与杆2的轴力分别为FN1与FN2，则根据节点 平衡方程
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第三节 材料在拉伸和压缩时的力学性能
一、低碳钢拉伸时的力学性能
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第三节 材料在拉伸和压缩时的力学性能
图3-13 F-ΔL曲线
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第三节 材料在拉伸和压缩时的力学性能
图3-14 低碳钢应力-应变曲线
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第三节 材料在拉伸和压缩时的力学性能
3M14.tif
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第四节 拉压杆的强度计算
3M24.tif
2)确定F的许用值：杆1的强度条件为
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(1)弹性阶段 图中OA′为一直线，说明应力与应变成正比，OA′直线
的倾角为α，斜率为tanα=σ/ε=E，即材料的弹性模量。
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第三节 材料在拉伸和压缩时的力学性能
(2)屈服阶段 当应力超过弹性极限σe后，图上出现接近水平的小锯 齿形线段BC，说明此时应力虽然有波动，但几乎没有变化，而变形 却急剧增加，材料失去抵抗变形的能力。 (3)强化阶段 超过屈服阶段后，图3-14上出现上凸的曲线CD，表明 若要使材料继续变形，还需要增加应力，即材料重新产生抵抗变形 的能力，这种现象称为材料的强化，CD段对应的过程称为材料的强 化阶段，其最高点D对应的应力值σb，称为抗拉强度(强度极限)，它 是材料所能承受的最大应力。 (4)缩颈断裂阶段 从D点开始，在试样较薄弱处的横截面发生急剧 的局部收缩，出现颈缩现象(图3-16)。
工程力学18轴向拉(压)杆的强度计算
作用正应应力力的也5%可为略宜F大N。,于max材 料 的许A用应力，一般认为以不超过许
然后根据静力平衡条件，确定结构所许用的荷载。
例1 阶梯形杆如图所示。AB、BC和CD段的横截面面积分别 为A1=1500mm2、 A2=625mm2、 A3=900mm2。杆的材料为 Q235钢，[σ]=170MPa。试校核该杆的强度。
解：（1）作轴力图
120 kN
①
220 kN
②
260 kN
③ 160 kN
（2）校核强度
A
B
C
D
由轴力图和各段杆的横
FN / kN
160
截面面积可知，危险截
120
面可能在BC段或CD段。
o
BC段：
x
100
2
FN 2 A2
100103 N 625 106 m2
160 106 Pa
160MPa（压应力）
CD段：
3
FN 3 A3
160103 N 900 106 m2
177.8 106 Pa
177.8MPa（拉应力）
2 160MPa 压 3 177.8MPa 拉
120 kN
①
A FN / kN 120
o
220 kN
②
B
100
结果表明，杆的最大正应力发生在CD段
260 kN
③
C 160
已算最校3.已轴确知出大核知力定杆该工。结，结件杆作构并构的所正承 由的横能应受此许截承力的确用面受m，ax荷定载尺的并载杆荷寸最检AF和 件和大查NA,材的m材轴是aFx料横料力否N,的截的，m满a许面x许亦足用面用称强应积应许度力。力用条，，轴件即可力的可根要算据求出强。杆度这件条称的件为最计强大度
拉压杆的强度计算
因此，为了合理地利用材料，应使杆的每一横截面上的应力都等 于材料的许用应力［σ］，这样设计的杆称为等强度杆，其形状 如图2-33（a）所示。不过，等强度杆的制作复杂而且昂贵，故 在工程中，一般都制成与等强度杆相近的阶梯形杆［图2-33 （b）］或截锥形杆［图2-33（c）］。
2） 求杆EH的轴力。假想用截面m-m将桁架截开，取左边部分 为研究对象［图2-30（b）］， 由平衡方程∑MC＝0
3m×FNEH-4m×FA＝0得 FNEH＝4/3 RA＝4/3×220kN ＝293kN
3） 计算杆EH的横截面积。由式（2-16），有
A≥FNEH/［σ］＝293×103N/170×106Pa＝1.72×10-3m2 ＝1720mm2
【例2-10】如图2-31（a）所示三角形托架，AB为钢杆，其横
截面面积为A1＝400mm2，许用应力［σ］＝170MPa ；BC 为木杆，其横截面面积为A2＝10000mm2，许用压应力为［σc］ ＝10 MP。求荷载F的最大值Fmax 。
【解】1） 求两杆的轴力与荷载的关系。取结点B为研究对象 ［图2-31（b）］，
图2-33
材料力学
由平衡方程
∑Y＝0 FN2sin30°-F＝0 得 FN2＝F/sin30°=2F（压） ∑X＝0 FN2cos30°-FN1＝0 得 FN1＝FN2cos30°＝2F×31/2/2＝31/2F（拉）
图2-31
2） 计算许用荷载。由式（2-16），AB杆的许用轴力为 FN1＝ 31/2F ≤A1［σ 所以对于AB杆，许用荷载为
3） 求拉杆的最大正应力。钢拉杆是等直杆，横截面上的轴力相 同，故杆的最大正应力为
第7章 轴向拉压杆件的强度与变形计算
F NBC 56 . 6 kN （压力） F NBA 40 kN
（拉力）
（2）由强度条件确定各杆截面尺寸 对BA杆
A BA
d
4
2
F NBA
s
d
4 F NBA
s
17 . 8 mm
可取
d 18 mm
F NBC
对BC杆
A BC a
2
w
a
F NBC
【例】已知AB梁为刚体，CD为拉杆，拉杆直径
d=2cm,E=200GPa,FP=12kN, 求B点位移。
C 0.75m A D B
1m
1.5m
FP
解：(1)受力分析，求轴力
FN
F Ax
A
D
B
F Ay
1m
1.5m
FP
M
A
0
F P AB F N AD sin
FN
解：（1）受力分析， 求各杆轴力
F NBD
F x 0, Fy 0
2 F P 31 . 4 kN
（2）求各杆应力
BD
F NCD F P 22 . 2 kN
F NBD A BD F NCD A CD 22 . 2 kN 31 . 4 kN
CD
3
m
DD BB
AD AB
B B D D /(
AD AB
)
4 . 17 10
3
m
7.4 轴向拉压杆的强度计算
• 工作应力
FN A
• 失效：工作应力超过了杆件材料所能承受的极 限应力；