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材料力学刘鸿文 第二章拉伸压缩和剪切课件
第二章 拉伸、压缩与剪切 §2-2 轴向拉(压)时横截面上的内力和应力 二、轴向拉(压)时横截面上的应力 §2-3 材料拉伸时的力学性能 §2-5 失效、安全因数和强度计算 §2 — 6 轴向拉伸或压缩时的变形 §2 — 7 拉伸、压缩超静定问题 §2 — 8 温度应力和装配应力 §2 —9 应力集中的概念 §2 —10 剪切和挤压的实用计算 注意:在建立几何关系时,力与变形的假设必须一致。如果设为拉力,变形必须设为伸长。 一、 概念: (一) 剪切概念复习: 剪切工程实例 (二) 连接的概念: 连接 ——实现构件连接的方式 连接件 ——铆钉、销钉、螺栓等 被连接件 铆钉连接 销轴连接 (二) 连接的受力(分析)、变形分析: 以铆钉连接为例: 铆钉: 钢板: 次要变形 主要产生剪切变形、挤压变形 主要产生挤压变形、拉伸变形 二、剪切实用计算: (一) 内力 —— (二) 切应力τ: 假定τ在剪切面上均布 —— 名义切应力 (三) 设计准则: 极限载荷 名义极限应力 校核 设计A 确定许可载荷 剪力FS 剪切面 Fs 单剪 双剪 三、挤压实用计算: 挤压 —— 连接件与被连接件相互接触的表面上受压的现象。 (一) 挤压应力 (⊥于接触面) (二) 强度设计准则: 假定 在挤压面上均布: 校核 设计A 确定许可载荷 Abs的确定: 当承压面积为平面时, Abs即为实际承压面积之数值 1 平键连接 平键联接 δ d 当承压面积为半圆柱面时, Abs为实际承压面积的直径平面面积 2 F F 例:已知钢板:[σ]=98MPa,[σbs]=196MPa,δ=10mm,b=100mm,铆钉:d=17mm,[τ]=137MPA,[σbs]=314MPa。若Fp=23.5KN。试校核钢板与铆钉的强度。 解: 1、对于钢板: 挤压强度: 拉伸强度: 所以钢板强度足够 例:已知钢板:[σ]=98MPa,[σbs]=196MPa,δ=10mm,b=100mm,铆钉:d=17mm,[τ]=137MPA,[σbs]=314MPa。若Fp=23.5KN。试校核钢板与铆钉的强度。 挤压强度: 2、对于铆钉: 剪切强度: 铆钉的挤压力与挤压面积均与钢板相同,而挤压许用应力比钢板高,因此可判定铆钉挤压强度足够。 所以铆钉强度足够 例:分析下面结构的剪切面与挤压面。 解: 1、剪切面: A=L*b ; 挤压面: Abs=a*b ; b h 2、剪切面: A=tπd ; 分析:图示四种结构,分别判断其是静定还是超静定结构?若是超静定结构,则确定超静定的次数。 均为一次超静定问题 分析:图示刚性平板ABCD,用两根完全相同的拉杆和铰链安装于支座上。设拉杆的E、A、L均已知,试列出其变形协调条件。 三、 实例: 解: 由: 解出: 例2-5、自制起重机:撑杆AB为空心钢管,外径105mm,内径95mm。钢索1和2互相平行,且设钢索1可作为相当于直径d=25mm的圆杆计算。材料 许用应力同为[σ]=60MN/m2,求起重机许可吊重。 解: ∑X=0 ∑Y=0 由: 解出: 一、取A为研究对象: 二:求内力 三、据强度条件确定Pmax 由AB杆强度确定: 由钢索强度确定: 一、轴向拉(压) 杆件变形 1. 杆件轴向总变形ΔL : (即杆两端截面的相对位移) (拉正、压负) 2.轴向线应变ε : (拉正、压负) 2.轴向线应变ε’ : (一) 轴向变形 (二) 横向变形 1. 横向总变形Δb : F F L L1 b b1 (拉负、压正) (拉负、压正) (三)泊松比(横向变形系数)μ F F L L1 b b1 E、μ------材料弹性常数 二、轴向拉(压) 杆件胡克定律 胡克定律 : 得 (2 —13) P P EA---- 杆件抗拉刚度 若杆横截面FN、A分段为常量: P1 P2 P3 一般杆件: x dx FN(x) FN(x) P P 例: 已知:钢丝绳L = 50m,P = 10kN,A1 = 323mm2,A2 = 503mm2,q1 = 32.2N/m,q2 = 47.5N/m,E = 150GPa,求ΔL 解: 一、求FN 1、 FN 2 : 二、求ΔL : q2 q1 P L L P FN 2 q2 q1 x P x FN 1 q1 一、超静定问题的基本概念 可由静力平衡方程完全确定未知力(包括反力、内力) 只具有维持结构几何稳定所必需的约束 静定结构 从静力角度看: 从运动角度看: P P P P 不能由静力平衡方程完全确定未知力 具有保持结构几何稳定所必需的约束以外的多余约束 超静定结构 多余支承、多余力 内超静定问题 外超静定问题 超静定问题 超静定次数 —
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