第四章力学基础第二讲解说.ppt

第四章 化工设备力学基础 第二讲 刘丰 上节内容回顾 本节重点 力矩 单位 三要素 力偶 含义 单位 特性 一般平面力系，力的平移定理 一般平面力系 平衡方程 何谓轴力，正负怎么规定？ 轴力图怎么画？ 何谓应力？工作应力？极限应力？ 强度判据？强度判据的三个应用？ 三、平面汇交力系 凡各力的作用线均在同一平面内的力系，称为平面力系。各力的作用 线全部汇交于一点的平面力系，称为平面汇交力系。如图2－11所示， 滚筒、起重吊钩受力都是平面汇交力系，它是最基本的力系。 1、力在坐标轴上的投影 设力F作于物体的A点，如图2-2（a）所示。在力F所在的平面内取直角 坐标系，从力F的两端A和B分别向轴作垂线，得垂足a和b。线段ab称力 F在x轴上的投影，用Fx表示。同理，从A、B两点分别向y轴引垂线，得 到垂足、，线段称为力F在y 轴上的投影，用Fy表示。 平面汇交力系的简化 2、平面汇交力系的平衡 若平面汇交力系的合力为零，则该力系将不引起物体运动状态的改变，即该力系是平衡力系。从上式可知，平面汇交力系保持平衡的必要条件是： 第二节 力矩 力偶 一、力矩的概念 力矩是力对物体的转动效应的度量 力矩的表示 力矩的矩心、力臂 大小、转向、作用面 正负号规定 力矩是代数量。其符号规定为：力使物体绕矩心逆时针转动时为正，顺时针转动为负。 量纲单位： 牛顿.米[N.m]或千牛.米[kN.m] 应力集中 （1）轴向拉伸与压缩 （2）剪切与挤压 （3）扭转 （4）弯曲 杆件变形的基本形式 （1）轴向拉伸和压缩 拉伸 变细变长 压缩 变短变粗 拉力与压力都是沿杆的轴线方向 （2）剪切和挤压 剪切变形 挤压变形 剪切变形 （3）扭转 Me Me g j （4）弯曲 Me Me 外力特征：作用于杆上的外力的合力作用线与杆件的轴线重合。 变形特征：杆件产生轴向的伸长或缩短。 轴向压缩，对应的力称为压力。 轴向拉伸，对应的力称为拉力 轴向拉伸和压缩 F F FN=F （一）、横截面上的内力———轴力 FN=F F F ——轴力。单位：牛顿（N） 二、横截面上的内力和应力 同一位置处左、右侧截面上内力分量必须具有相同的正负号。 轴力正负号规定： 轴力以拉为正，以压为负 如果杆件受到的外力多于两个，则杆件不同部分的横截面上有不同的轴力。 F 2F F 2F 3 3 FN1=F 1 1 2 2 F 2F 2 2 （压力） F 3 3 F 1 1 轴力图——表示轴力沿杆件轴线变化规律的图线。 5kN |FN|max=5kN FN 2kN 1kN 1kN + + - f20 f10 f30 2kN 4kN 6kN 3kN 3kN（与前面2KN反向） 6kN（与前面3KN反向） 4kN（与前面6KN反向） Ⅰ Ⅰ 轴力图 F 2F F 2F x F F + + - -图 画轴力图例1 三 轴向拉伸与压缩时的强度计算 单位面积上的内力为应力，其计算公式为： 1轴向拉压时的应力 为保证完成其正常功能，所设计的结构或构件必须具有适当的强度和刚度。 结构和构件既要满足强度要求，也要满足刚度要求。工程中一般以强度控制设计，然后校核刚度。 （1）强度条件和安全系数 2、许用应力与强度条件 强度 —结构或构件抵抗破坏的能力承担预定的载荷而不发生破坏，则强度足够。所有的构件(不允许破坏机械、结构;需要破坏时，如剪板、冲孔、安全堵等), 都有必要的强度要求。 刚度 —结构或构件抵抗变形的能力；变形应限制在保证正常工作所允许的范围内。 结构/构件强度的控制参量是应力 工作应力： ? 构件在可能受到的最大工作载荷作用下的应力。 ( 由力学分析计算得到 ) 极限应力： ?ys、?b 材料可以承受的强度指标。 塑性材料： ?ys ； 脆性材料： ?b ( 通过材料力学性能的实验得到 ) 强度判据： ( 作用 ? 抗力 ) 结构或构件的工作应力? 材料的极限应力 依据强度判据，将工作应力限制在极限应力内，还不足以保证结构或构件的安全。因为还有误差： 1) 力学分析的可能误差 包括载荷估计；分析、简化和计算误差；尺寸制造误差等。 2) 材料强度指标的误差 包括实验误差，材料的固有分散性误差等。 3) 不可预知的其他误差 偶然超载，制造损伤，工作与实验条件不同等。 因