杆件的扭转理论天.pptVIP

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杆件的扭转理论天

这个扭转惯性矩与宽为2a,高为a,厚度为t的单闭室断面得扭转惯性矩相同,这是因为所论的双闭室断面的中间壁上没有剪应力,因此中间壁在扭转中不起作用,所以其扭转惯性矩就和上述的单闭室断面一样。 此双壁室断面的扭转惯性矩为: 薄壁杆断面有两个及两个以上以上的闭口形成,求出自由扭转时的剪力流、扭率、断面扭转惯性矩 1、建立断面中每一室的剪流的力矩之和等于扭矩的方程式; 2、建立各室扭率相同的方程式. 3、联立求解剪流 和扭率 。 4、在最后得出了扭率之后,将扭率写成       的式子,式中 就是所论断面的扭转惯性矩。 A=BH-bd 由于在同样的外形及壁厚情况下闭口断面比开口断面有更大的抗扭刚度,所以如果杆件断面既有闭口又有开口部分,则在计算扭转惯性矩时常可以不计开口部分的面积。单壁的集装箱断面,如图(a)就是这种例子。为使弦侧在扭转中发挥作用,目前有将集装箱船做成双壁的,如图(b)。 b d B tb ts ti te td H 如图(b),断面成了多闭式的,其抗扭刚度提高很多。计算时可将其中的纵绗等略去而近似当作一闭室来处理。 (a) (b) 抗扭弯矩为: 式中 (3-22) 3.1 计算图示薄壁断面的扭转惯性矩(单位:mm) a) b) 3.2 设有两根同样长度的直杆,两端手扭矩发生自由扭转,一杆为闭口断面,另一杆为开口断面,如下图。一直a=40cm,t=2cm,此两杆在相同的扭矩作用下扭角相差多少倍? 3.3 比较正方形管与圆管截面的杆件(如下图),若二者的壁厚及断面面积均相同,在受到同样大小的扭矩作用时,哪一个杆件的扭转剪应力大,大多少倍? a a t a/2 a/2 3.5 计算下图所示三闭室薄壁断面的扭转惯性矩,假定壁厚t为常数。 解:假定见刘方向为图示方向,各点编号如图 A C B D H E F G 1、建立断面中每一室的剪流的力矩之和等于扭矩的方程式 (1) 2、建立各(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)室扭率相同的方程式 (2) 3、(1)(2)联立求解 4、求扭率及断面的扭转惯性矩 a a t a/2 a/2 A C B H G F E D (1) 解: 1、 2、 (2) 利用结构对称性 3、(1)(2)联立求解 4、求扭率及断面的扭转惯性矩 2-8习题 §3-1 直杆的扭转 基本概念 (1)何谓直杆扭转 直杆在两端受到作用于杆断面的大小相等方向相反的力矩(扭矩)作用,则发生扭转。 (2) 一般直杆扭转变形的特点 ① 截面发生扭转变形 ② 截面有可能发生翘曲 (3) 直杆扭转划分 圆断面杆的扭转、非圆断面杆的扭转 薄壁杆件扭转 开口、闭口薄壁杆件扭转 (2)按杆件断面形状划分为: (1)按翘曲变形是否受约束划分: 自由扭转与非自由扭转 自由扭转 (纯扭转): 非自由扭转 (约束扭转): 如果一等断面杆仅在两端受到扭矩作用,并不受其他任何约束,杆在扭转时可以自由变形。翘曲一致。 如果杆在受到扭矩作用后,由于支座或其他约束存在使它在扭转时不能自由变形 。翘曲不一致 dx 式中 为扭矩, 为断面半径, 为断面的“极惯性矩” 断面最大剪应力为: (3-1) 设 为杆的扭角,则单位长度的扭角 即扭矩为: (3-2) 圆断面杆的自由扭转 研究杆件的扭转问题就是在给定的扭矩下求出杆件的扭转应力与变形(扭角)。满足刚周边假定条件。如下图:最简单的等断面圆杆 Mt Mt x l 如图:内径为和外径为 d=2r 和 D=2R的空心圆断面 如图可见断面剪力分布 极惯性矩为: 式中 为薄壁管壁厚中心线的直径; 为壁厚 内径及外径处的 剪应力分别为: 对于薄壁杆件, r 与R相差不大,可近似认为 与 差不多相等 由此: 式中 为薄壁管壁中心线所包围的面积 剪流为: R r (3-3) (3-4) 非圆断面的自由扭转 如果杆件断面不是圆形,则扭转变形特征 有所不同,其主要差别在扭转时段面不在保持 平面而发生“翘曲”(warping) ①翘曲问题 与圆截面自由扭转的最大区别: 在自由扭转条件下,因杆扭转不受阻碍,所以各段面 的翘曲都相同,因此杆件上平行于杆轴的直线在变形后长度不变且仍为直线。 但翘曲是自由的 ②应力分布不同 如图:狭长矩形断面(矩形段面长边或高度h与短边或高度t之比为大于5)的扭

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