材料力学课件 ch2 轴向拉伸和压缩及连接件的强度计算.ppt

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材料力学课件 ch2 轴向拉伸和压缩及连接件的强度计算

2.7 简单拉压超静定问题 2.7.2 预应力与温度应力的概念 2 温度应力 由于超静定约束的作用,产生内力。内力引起杆件内的应力,这种应力称为热应力或温度应力。 如下图所示的蒸汽锅炉和原动机之间的管道,与锅炉和原动机相比,管道刚度很小,故可把A、B两端简化为固定端。 2.7 简单拉压超静定问题 2.7.2 预应力与温度应力的概念 2 温度应力 温度的变化造成两个固定端水平反力由对称性很容易得出以下关系: 拆除右端约束,假设允许杆件自由变形: al是材料的线膨胀系数。 然后在右端作用FRB,杆件由于该力缩短。 实际上由于两端固定,杆件长度不能变化,必须有 2.7 简单拉压超静定问题 2.7.2 预应力与温度应力的概念 2 温度应力 碳钢的al =12.5×10-6℃-1,E = 200GPa 由上面的公式计算得到 可见,温度变化较大时,温度应力的数值便非常可观。为了避免过高的温度应力,在管道中有时增加伸缩节,在钢轨各段之间留有伸缩缝,这样就可以削弱对膨胀的约束,降低温度应力 2.5 失效、许用应力与强度条件 【例2-4】(教材P23) 结构尺寸及受力如图。设AB、CD均为刚体,BC和EF为圆截面直杆,直径均为 d = 25mm。若已知载荷 F = 39 kN, 杆的材料为Q235,其许用应力[s]=160MPa。试校核此结构的强度是否安全。 2.5 失效、许用应力与强度条件 【例2-4】解 (1)受力分析 计算杆BC和EF的轴力 杆EF受力最大,且杆EF与杆BC截面相同,故杆EF为危险杆。 2.5 失效、许用应力与强度条件 【例2-4】解 (2)计算危险构件的应力 (3)判断危险构件是否满足强度条件 许用应力 危险构件EF强度满足,整个结构强度满足。 2.5 失效、许用应力与强度条件 【例2-5】 上例中,若杆BC和EF的直径未知,其他条件不变。设计二杆的直径。 2.5 失效、许用应力与强度条件 【例2-5】解 工程设计时,对结果进行圆整 取 2.5 失效、许用应力与强度条件 【例2-6】 上例中若杆BC和EF的直径均为d=30mm,[s]=160MPa,其他条件不变,试确定此时结构许可载荷[F]。 2.5 失效、许用应力与强度条件 【例2-6】解 杆EF为危险杆 由平衡方程 应用强度条件: 结构的许可载荷 2.6 胡克定律与拉压杆的变形 2.6 胡克定律与拉压杆的变形 2.6.1 拉压杆的轴向变形与胡克定律 杆件承受轴向载荷,轴向和横向尺寸均发生变化。 杆件沿轴线方向的变形称为 轴向变形或纵向变形; 垂直于轴线方向的变形称为 横向变形。 纵向变形 纵向应变 当杆横截面上的应力不超过比例极限时 由此推出 ?胡克定律 EA?拉(压)刚度 轴向变形Dl与轴力FN具有相同的正负号 伸长为正,缩短为负 2.6 胡克定律与拉压杆的变形 2.6.2 拉压杆的横向变形与泊松比 横向变形 横向应变 通过试验发现,当材料在弹性范围内时,拉压杆的纵向应变和横向应变存在如下的比例关系 泊松比 泊松比 m 、弹性模量 E 、切变模量G 都是材料的弹性常数,可以通过实验测得。对于各向同性材料,可以证明三者之间存在着下面的关系 2.6 胡克定律与拉压杆的变形 2.6.3 变截面杆的轴向变形 只适用于杆件均匀变形 只适用弹性范围 只适用等直杆 若杆件横截面沿轴线缓慢变化,轴力也沿轴线变化,但作用线仍与轴线重合。 2.6 胡克定律与拉压杆的变形 2.6.3 变截面杆的轴向变形 直杆系 一般杆件 2.6 胡克定律与拉压杆的变形 【例2-7】 已知阶梯形直杆受力如图所示,杆各段的横截面面积分别为A1=A2=2500mm2,A3=1000mm2,杆各段的长度如图,弹性模量E=200GPa。求 杆的总伸长量。 2.6 胡克定律与拉压杆的变形 【例2-7】解 由例题2-3已经解出各段轴力 各段轴向变形分别为: 总伸长: 2.6 胡克定律与拉压杆的变形 【例2-8】 如图所示杆系结构,已知杆BD为圆截面钢杆,直径d = 20mm,长度 l = 1m,E=200GPa;杆BC为方截面木杆,边长 a =100mm,E=12GPa。载荷F=50kN。求点B的位移。 2.6 胡克定律与拉压杆的变形 【例2-8】分析 通过节点B的受力分析可以判断AB杆受拉而BC杆受压,AB 杆将伸长,而BC杆将缩短。 因此,节点B变形后将位于B0点 由于材料力学中的小变形假设,可以近似用B1和B2处的圆弧的切线来代替圆弧,得到交点B3 故点B的位移近似等于BB

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