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第五章 弯曲应力. 第一节 引言. 第二节 纯弯曲时梁横截面上的正应力. 第三节 梁的正应力强度条件. 第四节 梁横截面上的切应力、梁的切应力强度条件. 第五节 梁的合理设计. M. F S. M. s. t. F S. 弯曲应力. 第一节 引言. 梁弯曲时横截面上的正应力与切应力,分别称为 弯曲正应力 与 弯曲切应力 。. M. M. M. M. 1. 1. 2. 2. d. d. c. c. a. a. b. b. 1. 1. 2. 2. 弯曲应力. 第二节 纯弯曲时梁横截面上的正应力.
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第五章 弯曲应力 第一节 引言 第二节 纯弯曲时梁横截面上的正应力 第三节 梁的正应力强度条件 第四节 梁横截面上的切应力、梁的切应力强度条件 第五节 梁的合理设计
M FS M s t FS 弯曲应力 第一节 引言 梁弯曲时横截面上的正应力与切应力,分别称为弯曲正应力与弯曲切应力。
M M M M 1 1 2 2 d d c c a a b b 1 1 2 2 弯曲应力 第二节 纯弯曲时梁横截面上的正应力 I、试验与假设 假设 ②单向受力假设 ①平截面假设 中性层:构件内部既不伸长也不收缩的纤维层。 中性轴:横截面与中性层的交线。
对称轴 m2 m1 e2 z x O1 O2 中性层 o y y 中性轴 e1 a1 a2 n1 n2 y dx O曲率中心 dq r m2 sy x M e2 M m2 m1 y sL O1 e1 O2 y dq n2 a1 a2 a2' n1 n2 dl dx II、弯曲正应力一般公式 弯曲应力 1.几何条件 2.物理条件(虎克定律)
z(中性轴) M O x dA sdA y z y 3.力学条件 弯曲应力 中性轴通过截面形心 4.纯弯曲梁横截面上的应力(弯曲正应力): ①距中性层y处的应力 ②梁的上下边缘处,弯曲正应力取得最大值,分别为: —抗弯截面模量。
smin M smax smin M smax 弯曲应力 5.横截面上正应力的画法: 6.公式适用范围: ①线弹性范围—正应力小于比例极限sp; ②精确适用于纯弯曲梁; ③对于横力弯曲的细长梁(跨度与截面高度比L/h>5),上述公式的误差不大,但公式中的M应为所研究截面上的弯矩,即为截面位置的函数。 III、三种典型截面对中性轴的惯性矩 3.截面为外径D、内径d(a=d/D)的空心圆: 2.实心圆截面 1.矩形截面
I 120 20 II 120 单位:mm 20 例5-1如图所示悬臂梁,自由端承受集中载荷F=15kN作用。试计算截面B--B的最大弯曲拉应力与最大弯曲压应力。 弯曲应力 解: 1.确定截面形心位置 选参考坐标系z’oy如图示,将截面分解为I和II两部分,形心C的纵坐标为: 2.计算截面惯性矩
弯曲应力 3 计算最大弯曲正应力 截面B—B的弯矩为: 在截面B的上、下边缘,分别作用有最大拉应力和最大压应力,其值分别为:
1、强度校核: 2、截面设计: 3、确定梁的许可荷载: 弯曲应力 第三节 梁的正应力强度条件 ①拉压强度相等材料: ②拉压强度不等材料: 根据强度条件可进行:
例5-2 已知16号工字钢Wz=141cm3,l=1.5m,a=1m,[s]=160MPa,E=210GPa,在梁的下边缘C点沿轴向贴一应变片,测得C点轴向线应变 ,求F并校核梁正应力强度。 F A B C NO.16 弯曲应力
x dx 1 2 1' 1 FS FS e2 m m' M+dM M x z t' y y m n x e1 e1 s+ds s A n' m' dx 1' 1 2 1 m y n 1 2 dx A B t' ty 1' 弯曲应力 第四节 梁横截面上的切应力 切应力强度条件 一、矩形梁横截面上的切应力 1、公式推导:
b z O h t x tmax O dx y y 例5-3求图示矩形截面梁横截面上的切应力分布。 弯曲应力 解:将 代入切应力公式: 切应力t呈图示的抛物线分布,在最边缘处为零 在中性轴上最大,其值为: —平均切应力
二、工字形截面梁上的切应力 式中:A为圆环截面面积 弯曲应力 腹板上任一点处的可直接由矩形梁的公式得出: 式中:d为腹板厚度 三、薄壁环形截面梁上的切应力 假设 :1、切应力沿壁厚无变化;2、切应力方向与圆周相切 四、圆截面梁上的切应力 式中:A为圆截面面积 对于等直杆,最大切应力的统一表达式为:
五、梁的切应力强度条件 弯曲应力 与正应力强度条件相似,也可以进行三方面的工作: 1、强度校核,2、截面设计,3、确定梁的许可荷载 但通常用于校核。 特殊的: 1、梁的最大弯矩小,而最大剪力大; 2、焊接组合截面,腹板厚度与梁高之比小于型钢的相应比值; 3、木梁因其顺纹方向的抗剪强度差。 需进行切应力强度计算。
40 yc 10 40 C A B 1 M 10 0.25 + FS _ (kN) 0.75 0.5 _ (kN.m) + 0.25 例5-4T形梁尺寸及所受荷载如图所示, 已知[s]y=100MPa,[s]L=50MPa,[t]=40MPa,yc=17.5mm,Iz=18.2×104mm4。求:1)C左侧截面E点的正应力、切应力;2)校核梁的正应力、切应力强度条件。
弯曲应力 该梁满足强度要求
P P D C B B A A l/2 l/2 l/4 l/4 l/4 l/4 M图 M图 + + + Pl/8 Pl/8 Pl/4 q + q B A B A 3l/5 l/5 l/5 ql2/50 ql2/50 l M图 M图 ql2/40 - - ql2/8 弯曲应力 第五节 梁的合理设计 一、合理配置梁的荷载和支座 1、将荷载分散 2、合理设置支座位置
smin smax 二、合理选取截面形状 弯曲应力 从弯曲强度考虑,比较合理的截面形状,是使用较小的截面面积,却能获得较大抗弯截面系数的截面。在一般截面中,抗弯截面系数与截面高度的平方成正比。因此,当截面面积一定时,宜将较多材料放置在远离中性轴的部位。 面积相同时:工字形优于矩形,矩形优于正方形; 环形优于圆形。 同时应尽量使拉、压应力同时达到最大值。
F A B F B A 三、合理设计梁的外形(等强度梁) 弯曲应力 梁内不同横截面的弯矩不同。按最大弯矩所设计的等截面梁中,除最大弯矩所在截面外,其余截面的材料强度均末得到充分利用。因此,在工程实际中,常根据弯矩沿梁轴的变化情况,将梁也相应设计成变截面的。横截面沿梁轴变化的梁,称为变截面梁。 各个横截面具有同样强度的梁称为等强度梁,等强度梁是一种理想的变截面梁。但是,考虑到加工制造以及构造上的需要等,实际构件往往设计成近似等强的。