材料力学 第五章 弯曲应力PPT课件
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回顾与比较
内力
应力公式及分布规律
均匀分布 F
A
线形分布 T
IP
M
?
FA
FS
?
y
§5-1 纯弯曲 §5-2 纯弯曲时的正应力 §5-3 横力弯曲时的正应力 强度条件 §5-4 弯曲切应力 §5-6 提高梁强度的措施
一、纯弯曲
§5-1 纯弯曲
Fs
F
F
M
Fa
Fa
梁段CD上，只有弯矩，没有剪力 －－纯弯曲
A
E y
Sz 0 中性轴过截面形心
M y z dA 0
A
M z y dA M
A
1 M
EIZ
坐标轴是主轴
中性层的曲率计算公式 EIz 抗弯刚度
4、弯曲正应力计算公式
变形几何关系
y
物理关系 E
静力学关系
1 M
EIZ
E y
正应力公式
My
IZ
1826年纳维在《材料力学》讲义中给出正确计算公式
观察纵向纤维之间有无相互作用力
2、假设： 纵向纤维之间没有相互挤压， 各纵向纤维只是发生了简单的轴向拉伸或压缩。
观察纵向纤维的变化
在正弯矩的作用下， 偏上的纤维 缩短，
偏下的纤维 伸长。
凹入一侧纤维 缩短；
凸出一侧纤维伸长。Fra Baidu bibliotek
中性层
ΔL<0
ΔL>0
ΔL=0 既不伸长也不缩短
中性层 －－纤维长度不变
横截面 不再保持为平面 且由于切应力的存在，也不能保证纵向纤维之间没有正应力
二 横力弯曲正应力
纯弯曲正应力公式 My
IZ
弹性力学精确分析表明：
对于跨度 L 与横截面高度 h 之比 L / h > > 5的细长梁，
用纯弯曲正应力公式计算横力弯曲正应力， 误差<<2%
满足工程中所需要的精度。
横力弯曲最大正应力
z hb
d z
D dz
Iz
1 bh3, 12
Wz
1 bh2 6
Iz
64
d4,
Wz
d3
32
Iz
(D4
64
d4)
64
D4 (1 4 )
Wz
32
D3 (1 4 )
§5-3
一、横力弯曲
横力弯曲时的正应力
F
Fs
F
x
M x
FL
横截面上内力
剪力+弯矩
横截面上的应力 既有正应力， 又有切应力
横力弯曲时的横截面
A
CB
FA
1m
1m
1m
2.5KNm FB
M
（1）求支反力，作弯矩图 FA=2.5KN （2）计算应力： B截面应力分布
4KNm 52 zc
88
应用公式 My
Iz
t,max
4103 52103 7.64 106
27.2MPa
c,max
4103 88103 7.64 106
46.1MPa
9KN
梁段AC和BD上，既有弯矩，又有剪力 －－横力弯曲
§5-2 纯弯曲时的正应力
纯弯曲的内力 剪力Fs=0
1、变形几何关系 2、物理关系
3、静力学关系
横截面上没有切应力 只有正应力。
弯曲正应力的 分布规律和计算公式
1、变形几何关系 （一）实验观察现象：
施加一对正弯矩，观察变形
观察到纵向线与横向线有何变化？
2、物理关系
当σ<σP时
虎克定律
弯曲正应力的分布规律
E E y
a、与点到中性轴的距离成正比；
沿截面高度 线性分布；
y
z
b、沿截面宽度 均匀分布；
c、正弯矩作用下， 上压下拉；
d、危险点的位置， 离开中性轴最远处.
弯曲正应力的分布规律
可 别 忘 记 啦 沿高度 沿宽度
3、静力学关系
dA FN 0
A
CB
4KN C截面应力计算 C截面应力分布
FA 1m 1m
F1Bm
2.5KNm
M
应用公式
My
Iz
4KNm
t,max
2.5103 88103 7.64 106
28.8MPa
（3）结论
52 zc
88
c,max 46.1MPa t,max 28.8MPa
例2：矩形截面简支梁承受均布载荷作用,如图所示
弯曲正应力计算公式 弯曲正应力分布规律
My
IZ
5、横截面上最大弯曲正应力
max
Mymax Iz
M
I z / ymax
Wz
Iz ymax
——截面的抗弯截面系数；。
反映了截面的几何形状、尺寸对强度的影响
最大弯曲正应力计算公式
max
M WZ
适用条件 截面关于中性轴对称。
6、常见图形的惯性矩及抗弯截面系数：
（2）必须清楚所求的是该截面上哪一点的正应力， 并确定该点到中性轴的距离，以及该点处应力的符号
（3）特别注意正应力沿高度呈线性分布；
（4）中性轴上正应力为零， 而在梁的上下边缘处分别是最大拉应力和最大压应力。
注意
（5）梁在中性轴的两侧分别受拉或受压; 正应力的正 负号（拉或压）可根据弯矩的正负 及梁的变形状态来 确定。
（6）熟记矩形、圆形截面对中性轴的惯性矩的计算式。
例1 T型截面铸铁梁，截面尺寸如图。
求最大拉应力、最大压应力。
9KN 4KN
A
C
B
1m 1m
1m
Iz 7.64 106 m4
52 zc
88
分析： 非对称截面， 要寻找中性轴位置； 作弯矩图，寻找最大弯矩的截面 计算最大拉应力、最大压应力
9KN 4KN
中性轴
中性轴上各点 σ=0 各横截面绕 中性轴发生偏转。 中性轴的位置 过截面形心
你能解释一下托架开孔合理吗？托架会不会破坏？
（三）理论分析：
y
z
两直线间的距离
y的物理意义
纵向纤维到中性层的距离； 点到中性轴的距离。
公式推导
线应变的变化规律 与纤维到中性层的距离成正比。 从横截面上看： 点离开中性轴越远，该点的线应变越大。
q=60KN/m
120
A
B
1m C
3m
180
30 K
z
1、C 截面上K点正应力
y
2、C 截面上最大正应力
3、全梁上最大正应力
4、已知E=200GPa，C 截面的曲率半径ρ
180
1、截面几何性质计算
120
变化的是： 1、纵向线的长度 2、两横截面的夹角 3、横截面的宽度
纵向线 横向线
由直线
曲线 各纵向线的长度还相等吗？
由直线
直线 各横向线之间依然平行吗？
相对旋转一个角度后， 仍然与纵向弧线垂直。
（二）提出假设：
1、平面假设： 变形前为平面的横截面变形后仍保持为平面； 横截面绕某一轴线发生了偏转。
瑞士科学家Jacob.贝努力 于1695年提出梁弯曲的平面假设
max
Mymax Iz
推导弯曲正应力计算公式的方法总结
（1）理想模型法：纯弯曲（剪力为零，弯矩为常数） 横力弯曲
（2）“实验—观察—假设” ：梁弯曲假设
（3）外力
内力
应力法
（4）三关系法
变形几何关系 物理关系 静力学关系
（5）数学方法
积分
应力合成内力
注意
（1）计算正应力时，必须清楚所求的是哪个截面上的应力， 从而确定该截面上的弯矩及该截面对中性轴的惯性矩；
内力
应力公式及分布规律
均匀分布 F
A
线形分布 T
IP
M
?
FA
FS
?
y
§5-1 纯弯曲 §5-2 纯弯曲时的正应力 §5-3 横力弯曲时的正应力 强度条件 §5-4 弯曲切应力 §5-6 提高梁强度的措施
一、纯弯曲
§5-1 纯弯曲
Fs
F
F
M
Fa
Fa
梁段CD上，只有弯矩，没有剪力 －－纯弯曲
A
E y
Sz 0 中性轴过截面形心
M y z dA 0
A
M z y dA M
A
1 M
EIZ
坐标轴是主轴
中性层的曲率计算公式 EIz 抗弯刚度
4、弯曲正应力计算公式
变形几何关系
y
物理关系 E
静力学关系
1 M
EIZ
E y
正应力公式
My
IZ
1826年纳维在《材料力学》讲义中给出正确计算公式
观察纵向纤维之间有无相互作用力
2、假设： 纵向纤维之间没有相互挤压， 各纵向纤维只是发生了简单的轴向拉伸或压缩。
观察纵向纤维的变化
在正弯矩的作用下， 偏上的纤维 缩短，
偏下的纤维 伸长。
凹入一侧纤维 缩短；
凸出一侧纤维伸长。Fra Baidu bibliotek
中性层
ΔL<0
ΔL>0
ΔL=0 既不伸长也不缩短
中性层 －－纤维长度不变
横截面 不再保持为平面 且由于切应力的存在，也不能保证纵向纤维之间没有正应力
二 横力弯曲正应力
纯弯曲正应力公式 My
IZ
弹性力学精确分析表明：
对于跨度 L 与横截面高度 h 之比 L / h > > 5的细长梁，
用纯弯曲正应力公式计算横力弯曲正应力， 误差<<2%
满足工程中所需要的精度。
横力弯曲最大正应力
z hb
d z
D dz
Iz
1 bh3, 12
Wz
1 bh2 6
Iz
64
d4,
Wz
d3
32
Iz
(D4
64
d4)
64
D4 (1 4 )
Wz
32
D3 (1 4 )
§5-3
一、横力弯曲
横力弯曲时的正应力
F
Fs
F
x
M x
FL
横截面上内力
剪力+弯矩
横截面上的应力 既有正应力， 又有切应力
横力弯曲时的横截面
A
CB
FA
1m
1m
1m
2.5KNm FB
M
（1）求支反力，作弯矩图 FA=2.5KN （2）计算应力： B截面应力分布
4KNm 52 zc
88
应用公式 My
Iz
t,max
4103 52103 7.64 106
27.2MPa
c,max
4103 88103 7.64 106
46.1MPa
9KN
梁段AC和BD上，既有弯矩，又有剪力 －－横力弯曲
§5-2 纯弯曲时的正应力
纯弯曲的内力 剪力Fs=0
1、变形几何关系 2、物理关系
3、静力学关系
横截面上没有切应力 只有正应力。
弯曲正应力的 分布规律和计算公式
1、变形几何关系 （一）实验观察现象：
施加一对正弯矩，观察变形
观察到纵向线与横向线有何变化？
2、物理关系
当σ<σP时
虎克定律
弯曲正应力的分布规律
E E y
a、与点到中性轴的距离成正比；
沿截面高度 线性分布；
y
z
b、沿截面宽度 均匀分布；
c、正弯矩作用下， 上压下拉；
d、危险点的位置， 离开中性轴最远处.
弯曲正应力的分布规律
可 别 忘 记 啦 沿高度 沿宽度
3、静力学关系
dA FN 0
A
CB
4KN C截面应力计算 C截面应力分布
FA 1m 1m
F1Bm
2.5KNm
M
应用公式
My
Iz
4KNm
t,max
2.5103 88103 7.64 106
28.8MPa
（3）结论
52 zc
88
c,max 46.1MPa t,max 28.8MPa
例2：矩形截面简支梁承受均布载荷作用,如图所示
弯曲正应力计算公式 弯曲正应力分布规律
My
IZ
5、横截面上最大弯曲正应力
max
Mymax Iz
M
I z / ymax
Wz
Iz ymax
——截面的抗弯截面系数；。
反映了截面的几何形状、尺寸对强度的影响
最大弯曲正应力计算公式
max
M WZ
适用条件 截面关于中性轴对称。
6、常见图形的惯性矩及抗弯截面系数：
（2）必须清楚所求的是该截面上哪一点的正应力， 并确定该点到中性轴的距离，以及该点处应力的符号
（3）特别注意正应力沿高度呈线性分布；
（4）中性轴上正应力为零， 而在梁的上下边缘处分别是最大拉应力和最大压应力。
注意
（5）梁在中性轴的两侧分别受拉或受压; 正应力的正 负号（拉或压）可根据弯矩的正负 及梁的变形状态来 确定。
（6）熟记矩形、圆形截面对中性轴的惯性矩的计算式。
例1 T型截面铸铁梁，截面尺寸如图。
求最大拉应力、最大压应力。
9KN 4KN
A
C
B
1m 1m
1m
Iz 7.64 106 m4
52 zc
88
分析： 非对称截面， 要寻找中性轴位置； 作弯矩图，寻找最大弯矩的截面 计算最大拉应力、最大压应力
9KN 4KN
中性轴
中性轴上各点 σ=0 各横截面绕 中性轴发生偏转。 中性轴的位置 过截面形心
你能解释一下托架开孔合理吗？托架会不会破坏？
（三）理论分析：
y
z
两直线间的距离
y的物理意义
纵向纤维到中性层的距离； 点到中性轴的距离。
公式推导
线应变的变化规律 与纤维到中性层的距离成正比。 从横截面上看： 点离开中性轴越远，该点的线应变越大。
q=60KN/m
120
A
B
1m C
3m
180
30 K
z
1、C 截面上K点正应力
y
2、C 截面上最大正应力
3、全梁上最大正应力
4、已知E=200GPa，C 截面的曲率半径ρ
180
1、截面几何性质计算
120
变化的是： 1、纵向线的长度 2、两横截面的夹角 3、横截面的宽度
纵向线 横向线
由直线
曲线 各纵向线的长度还相等吗？
由直线
直线 各横向线之间依然平行吗？
相对旋转一个角度后， 仍然与纵向弧线垂直。
（二）提出假设：
1、平面假设： 变形前为平面的横截面变形后仍保持为平面； 横截面绕某一轴线发生了偏转。
瑞士科学家Jacob.贝努力 于1695年提出梁弯曲的平面假设
max
Mymax Iz
推导弯曲正应力计算公式的方法总结
（1）理想模型法：纯弯曲（剪力为零，弯矩为常数） 横力弯曲
（2）“实验—观察—假设” ：梁弯曲假设
（3）外力
内力
应力法
（4）三关系法
变形几何关系 物理关系 静力学关系
（5）数学方法
积分
应力合成内力
注意
（1）计算正应力时，必须清楚所求的是哪个截面上的应力， 从而确定该截面上的弯矩及该截面对中性轴的惯性矩；