梁的平面弯曲及微分方程公式(新)

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第九章梁的平面弯曲

与杆的拉压、轴的扭转一样,弯曲是又一种形式的基本变形。承受弯曲作用的杆,称之为梁。本章研究梁的应力和变形。

工程中最常见的梁,可以分为三类,即简支梁、外伸梁和悬臂梁。

);

束力可以由静力平衡方程完全确定,均为静定梁。

工程中常见的梁,其横截面一般至少有一个对称轴,如图10.2(a)所示。此对称轴与梁的轴线共同确定了梁的一个纵向对称平面,如图10.2(b)。如果梁上的载荷全部作用于此纵向对称面内,则称平面弯曲梁。平面弯曲梁变形后,梁的轴线将在此纵向对称面平面内弯曲成一条曲线,此曲线称为平面弯曲梁的挠曲线。

)与载荷平面(

§9.1 上的内力按正向假设,由平衡方程求解。在第四章中不仅已经讨论了用截面法求构件内力的一般方法,还给出了构件横截面上内力的符号规定。下面将通过若干例题,进一步讨论如何利用截面法确定平面弯曲梁横截面上的内力。 例9.1 悬臂梁受力如图9.3(a )所示,求各截面内力并作内力图。 解:1)求固定端约束力。

矩形截面 梯形截面 圆形截面 工字形截面

槽形截面

(a )

固定端A 处有三个约束力,但因梁上无x 方

向载荷作用,故F A x =0;只有F A y 、M A 如图所示。列平衡方程有: ∑F y =F A y -F =0 ∑M A (F )=M A -Fl =0

得到: F A y =F ; M A =Fl 2

在0 ∑ ∑ 3) 矩M 例9.2 。

解:1AB 受力如图所示。列平衡方程有:

∑M A (F )=F B y (2a +b)-Fa -F (a +b)=0

M F M A (b)

B y 1 F A (a )

(b)

∑F y =F A y +F B y -2F =0

得到: F A y =F B y =F ;

2)求截面内力。

0≤x

∑∑a ≤x a 3) 剪力图如图9.4(e)所示。注意在a ≤x ≤a +b 段内,F Q ≡0。

在0≤x

梁在a ≤x

2 F A (c)

例9.3求图9.5(a)所示外伸梁各截面内力并作内力图。解:1)求约束力。

梁受力如图,列平衡方程有:

∑M A(F )=2aF B sin45︒+Fa+M0=0

∑F y

∑F x

2

0≤x

a≤x

2a≤3

由平衡方程有:

F N3=F;F Q3=F;M3= F A y(x-a)-Fx-M0=F(x-3a)

3) 画内力图。

轴力图如图9.5(e)所示。在0≤x

图9.5 例9.3图

剪力图如图9.5(f)所示。在0≤x≤a段内,F Q=-F。在a≤x<3a段内,F Q≡F。

弯矩图如图9.5(g)所示。在0≤x

响弯矩(

例9.4

解:1)

∑F x=

∑M A(F )=12F E+M0-8F-2×4q=0

图9.6(a) 例9.4图∑F y=F A y+F E-F-4q=0

解得:

F A y=49kN;F E=32kN

2) 求截面内力。

求内力时,应在载荷发生变化处分

段研究。以A 为原点,建立坐标如图9.6(a )。则应在B 、C 、D 处分段。

AB 段(0≤x 1<4m ):在任一x 1处将梁截断,取左端研究,受力如图9.6(b) 。注意到由

∑F y

∑M BC 示 ∑M c (F )=M 2+4q(x 2-2)-F A y x 2=0 ⇒ M 2=13x 2+72(kN •m) CD 段(6≤x 3<8m ):受力如图9.8(d),有: ∑F y =F A y -4q -F Q3=0 ⇒ F Q3=13kN

∑M c (F )=M 3+4q(x 3-2)+M 0-F A y x 3=0 ⇒ M 3=13x 3+24(kN •m) DE 段(8≤x 4<12m ):受力如图9.6(e),有:

(c)

F A

E

(b)

F A 1

∑F y =F A y -4q -F Q4-F =0 ⇒ F Q4=-32kN

∑ M c (F )=M 4+4q(x 4-2)+M 0+F (x 4-8)-F A y x 4=0 ⇒ M 4=384-32x 4(kN •m) 由截面法求内力时,无论取左右哪一端研究都应得到相同的结果。如在DE 段

变化。

综上所述,用截面法求内力的一般方法是:

§9.2 利用平衡微分方程作梁的内力图

梁整体处于平衡时,截取其中任一部分研究,均应处于平衡。即在梁中截取任一微段,此微段受力亦应是平衡的。从最一般情况出发,研究微元的平衡,将可得到关于梁内力分析的若干具有普遍意义的结果。

9.2.1 梁的平衡微方方程

由图9.8(a )为代表的任意梁中取出一长d x 的微段,其受力如图9.8(b)所示。假定图示向上的分布截荷q(x )为正,左、右截面上的内力均按规定的正向表示。注意右侧截面上的内力与左侧相比较,一般应有一增量。列出该梁微元的平衡方程有: 0)]()([)()(=+-+=∑x dF x F dx x q x F F Q Q Q y

略去式中的二阶微量,得到:

将(9-2)式再对x 求导一次,有:

0)(2

1

)()()]()([)(2=-

--+=∑dx x q dx x F x M x dM x M F M Q C q

dx

dF dx

M d Q

==

2

2

--- (9-3)

)

()(x q dx x dF Q =--- (9-1) )(/)(x F dx x dM Q =--- (9-2)

图9.8 梁的微段分析

B

A

F

y x

d x M

d x

(a )

(b)

F Q

F Q +d F Q +d M

c q (x )

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