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32直杆轴向拉压横截面上的内力
3.2 直杆轴向拉、压横截面上的内力 一、 内力的概念 截面法 * [观察与思考] 如图 所示为一拔河时的麻绳,拔河时,麻绳被拉直,人在拉绳子的同时,感到绳子也在拉人的手,绳子拉人的手的这个力是个什么样的力?有何特点?我们可以假想,在拔河时,用一把快刀,将绳子从中间砍断,会产生什么结果,为什么? 拔河的时候,麻绳被拉长了,同时也感到麻绳在拉手。麻绳拉手的力,是在反抗手把麻绳拉长,这个反抗拉长的力就是内力。土木工程中的受拉杆件与麻绳的情形相似。这种由外力(或外部因素)作用而引起杆件内部某一部分与另一部分间的相互作用力称为内力。 内力将存在于杆件的任意相连两部分之间,是一对作用力和反作用力。 二、 轴力及其正负号规定 为计算杆件某一截面m-m 上的内力,如图所示,用一个“假想截面”在该截面处将杆件切断成为两部分;取任一部分为研究对象,要使这部分与原来一样处于平衡状态,就必须在被切断的截面上用内力代替另一部分对它的作用;然后根据平衡条件计算出该截面上的内力。这种计算内力的方法称为“截面法”,截面法是计算杆件内力的基本方法。 由截面法知上图中,m-m上的内力必沿着杆件的轴线方向,这种内力称为轴力,用FN 表示,国际单位制中,单位为牛顿(N)或千牛顿(kN)。 轴力的正负号规定 当杆件受拉而伸长时,轴力背离截面为拉力,取正号;反之为压力,取负号。 三、 轴力图的绘制 当杆件受到两个以上的轴向外力作用时,杆件不同的区段轴力不等,这种表示杆件各横截面上的轴力沿其轴线变化情况的图形,称为轴力图。 绘制轴力图的方法:建立FN - x 坐标系,用平行于杆件轴线的横坐标x 表示横截面的位置,垂直于杆件轴线的纵坐标FN 表示横截面上轴力的大小。根据杆件上作用的外力,将杆件分为若干段,每两个力之间为一段。按选定的比例尺,把正轴力画在x 轴的上方,负轴力画在x 轴的下方。 例1:图a 表示为阶梯状直杆的轴向受力情况,试计算各段轴力并绘制其轴力图。 解: (1) 计算杆件各段的轴力。 AB 段:在AB 段内任意处用假想截面1-1 将其切成两段,取左段(图b)为研究对象,得 FN1= Σ F背离- Σ F指向=5 kN- 0=5 kN ( 拉力) 绘制轴力图举例 BC 段:在BC 段内任意处用假想截面2-2 将其切成两段,取左段(图c)为研究对象,得 FN2=ΣF背离-ΣF指向=5-15=-10 kN ( 压力) CD 段:在CD 段内任意处用假想截面3-3 将其切成两段,取右段(图d)为研究对象,得 FN3=ΣF背离-ΣF指向=20-0=20 kN ( 拉力) (2) 绘制轴力图。按规定绘制(图e) 记住: (1)根据外力的作用点位置划分区段,计算各段轴力。 (2)计算轴力时,均假设为正轴力(即背离截面方向),称之为“设正法”。 * * * *
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