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材料力学电子教程第八章组合变形

材料力学电子教程 第八章 组合变形 材料力学电子教程 第八章 组合变形 §8-2 斜弯曲 §8-3 拉(压)与弯曲的组合 §8-1 概 述 第八章 组合变形 §8-4 弯曲与扭转的组合 一、组合变形 在复杂外载作用下,构件的变形常包含几种简单变形,当它们的应力属同一量级时,均不能忽略,变形可以看成简单变形的组合,称为组合变形。 M P R z x y P P §8-1 概 述 P hg 水坝 q P hg 二、组合变形的研究方法 —— 叠加原理 前提:线弹性,小变形 (1)外力分析:外力向形心简化并沿主惯性轴分解 (2)内力分析:求每个外力分量对应的内力图,确 定危险面 (3)应力分析:画危险面应力分布图,叠加,建立 危险点的强度条件 一、斜弯曲 杆件在通过横截面形心的外载下产生弯曲变形 二、斜弯曲的研究方法 1.分解:外载沿横截面的两个形心主轴分解,得到两个正交的平面弯曲 §8.2 斜弯曲 2.叠加:研究两个平面弯曲;然后叠加计算结果 解:1.将外载沿横截面的形心主轴分解 2.分别研究两个平面弯曲 (1)内力 Pz Py y z P j x y z Py Pz P L m m x (2)应力 M z引起的应力 合应力 My引起的应力 (4)最大正应力 (5)变形计算 (3)中性轴方程 可见:仅当Iy = Iz,中性轴与外力才垂直 距中性轴的两侧最远点为拉压最大正应力点 当? = ? 时,即为平面弯曲 Pz Py y z P j D1 D2 a 中性轴 如图所示为一台钻床,分析其立柱上截面m-m的内力。 截面法: 将立柱假想从m-m处截开; 分析可知,截面m-m上有内力: FN-轴力和 M-弯矩 称此变形为拉(压)弯组合变形。 拉弯组合变形强度计算 对于如上所述的组合变形,通常其强度计算采用叠加原理。即横截面上任意一点的正应力为: 注意: 塑性材料 脆性材料 §8-3 拉(压)与弯曲的组合 例8-1 上钻床的钻削力F=15kN,偏心距e=0.4m,立柱为铸铁材料,其直径d=125mm,许用拉应力[σ]+=35MPa,许用压应力[σ]-=120MPa,试校核立柱强度。 解: 2.最大拉应力: 3.最大压应力: 求立柱m-m截面的轴力FN和弯矩M: FN=F=15kN;M=F.e=15×0.4=6kN.m 则有: 立柱强度足够 例8-2 钢板如图所示,试校核强度(不考虑应力集中影响) 已知:F=80kN,b=80,t=10,δ=10, [σ]=140MPa 解:如图b);FN=F=80kN, e=b/2-(b-t)/2=80/2-(80-10)/2=5 M=FNe=400kN.mm FN引起的应力 M引起的应力 例8-2(续) 因此,最大拉应力为(上缺口最低点): 下边缘应力为: 讨论: 显然,钢板的强度不够;引起应力增大的原因是偏心距造成的。因此,解决此类问题就是消除偏心距,如左: 正应力分布图如下: §8.4 弯扭组合变形 一、工程实际及计算简图 AB杆受力 传动机构传动轴 如图17-13e为轴CE段横截面的应力分布;边缘上a点为截面的危险点,a点的应力状态为二向应力状态,如图f) (1)受力分析与计算简图; (2)内力分析,画出弯矩图和扭矩图;找出危险面和危险点; (3)应力分析与计算(包括截面的几何性质); (4)应力状态分析(主应力与最大切应力); (5)失效分析或设计。 二、弯扭组合变形分析步骤: 可延伸至一般的组合变形问题求解,如拉扭、拉弯扭等。 弯扭组合的危险点可代第三或第四强度理论公式 三、弯扭组合强度计算准则 强度公式推导: 由应力公式 得: 第三强度理论: σr3 =σ1-σ3≤[σ] 得: 第四强度理论: . 得: 用内力表示的强度准则 通常考虑到: 则: 其中: 称为应用第三和第四强度理论进行强度计算时所对应的相当弯矩 应用第三强度理论时: 应用第四强度理论时: 注意: 传动轴为塑性材料 传动轴为中心对称的圆轴 例 图示为圆轴AB,在轴的右端联轴器上作用有一力偶M。已知:D=0.5m,F1=2F2=8kN, d=90mm, a=500mm,[σ]=50MPa,试按第四强度理论设计准则校核圆轴的强度。 解: 简化机构如图b),计算相应值: M1=(F1-F2)D/2=1kN.m 分别画出轴的扭矩图和弯矩图c),d) 可以看出C截面为危险界面。 由第四强度准则 例 已知:F1=5kN,F2=2kN,a=200,b=60, d0=100,D=160,α=200;[σ]=80MPa; 按第三强度理论设计轴的直径。 解:1、画出受力图如b) 2、空间力系投影法

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