设计-结构教学课件作者车建明第2章.ppt

表2-1 返回 表2-2 返回 表2-3 返回 第2章 结构设计的计算方法 2.1 机械结构的计算简图 2.2 结构承载能力的设计计算方法 2.3 许用应力 实际的结构一般都很复杂，想要完全按照结构的真实情况去进行分析，往往很难办到，对于少数问题也许有可能，但从实际观点来看是没有必要的。因此，对实际结构进行力学分析时，总是需要做出一些简化和假设，略去某些次要因素，保留其主要受力特性，从而使计算切实可行。这种把实际结构作适当简化，用作力学分析的结构图形，就称为结构计算简图，或叫做结构计算模型。 一般说来，在进行结构简化和假设时，应当符合以下两条原则：第一，结构计算简图必须能够反映实际结构的主要受力特性，确保计算结果可靠;第二，在满足计算精度要求的条件下，结构计算简图应当尽量简单，使得计算方便可行。 2.1.1结构体系、构件以及构件间联系的简化 严格讲，实际的结构都是空间结构，然而，对于绝大多数的空间结构，其主要承重结构和力的传递路线，大多是由若干平面组合形成的。由于平面力系的计算要比空间力系简单得多，所以通常总是尽可能地把它简化为平面结构来计算。 2.1 机械结构的计算简图 下一页 返回 对桁架结构，在计算简图中杆件通常以其轴线来代表，曲率不大的微曲杆件可以用直的轴线或折线段来代替。 结构中各杆件相互之间是通过“结点”连接的，结点本身往往是很复杂的。但在计算时通常都简化为“铰结点”和“刚结点”两种。铰结点是指连接杆件的节点时光滑无摩擦的理想铰，各杆可绕此铰结点作相对转动，因此铰结点上的弯矩为零。当然无摩擦的理想铰在实际结构中是不存在的。但是当杆件的长度与直径之比较大时，可以将结构中的结点简化为理想铰结点，这样可使计算大大简化，而所求得的主要内力基本上是符合实际受力情况的。由于真实结点与铰结点的差异，发生在结点附近的附加弯应力与轴向应力想必是很小的，在一般情况下可忽略不计。 1.支座的简化 支座是用来支撑其他部件或零件的结构件。在传递力的过程中，支座将承受支反力，同时也阻止所支撑部件在支座方向上的位移。 2.1 机械结构的计算简图 上一页 下一页 返回 在工程实际中，支座分为刚性支座和弹性支座，刚性支座又分为3类。 (1)活动铰支座 其特点是在支撑部分有一个铰结构或类似于铰结构的装置，其上部结构可以绕铰点自由转动，而铰结构又可沿一个方向自由移动。如桥式起重机横梁与车轮用轴相接，可以绕轮轴转动，车轮则可以在轨道上自由滚动[如图2-1(a)引所示]。这种支座可以简化为活动铰支座[如图2-1 (b)所示，它产生垂直方向的支反力，其作用线沿着支座链杆方向。 (2)固定铰支座 它与活动铰支座的区别在于整个支座不能移动，但是被支撑的部件可以绕一固定轴线自由转动[如图2-2(a)所示]，制作简图见图2-2(b)。支座反作用力通过支座铰点，其大小和方向由作用在所支撑的部件上的载荷所决定。 2.1 机械结构的计算简图 上一页 下一页 返回 (3)固定支座 这种支座的特点是，当部件或零件用这种支座与基础或其他部件相连接后，支座所支撑的部件或零件不能转动或移动。固定支座的实例见图2-3(a)所示。图中上部分用焊接方法固接于基础上，支座简图见图2-3(b)。支座反力除具有支反力外还有支反力矩。 以上为刚性支座的3种基本形式，当支座的位移和支反力不处于同一平面时，称为空间支座。 在实际结构中，经常会遇到支座结构在外载荷作用下产生较大的弹性变形，这种情况下的支座称为弹性支座。 同一空间支座，在分解成平面结构进行分析时，支座的形式有可能是不一样的。如塔式起重机臂架的根部通过转轴与塔架相连[如图2-4 (a)所示]。在臂架起升平面，由于臂架根部可以绕轴O点转动，不能承受弯矩，这时就可以认为是固定铰支座。而在回转平面，由于两铰点作用，可以承受绕垂直轴的弯矩，一般可以作为固定端处理，整个臂架就是悬臂梁 [如图2-4(b)所示]。 2.1 机械结构的计算简图 上一页 下一页 返回 即使对同一平面的支座，有时针对分析对象的不同，也有可能取两种支承形式。对于图2-5(a)龙门起重机，在分析时可以取图2-5(b)和图2-5(c)两种支承形式，它们在实际中都可能出现，结构的内力分布是不一样的。在图2-5(b) 的情况下，横梁的弯矩较大。在图2-5(c)的情况下，支腿中的弯矩较大。所以对以上两种情况都应进行计算。 在对结构加约束时，还应该注意分析约束对结构所产生的反力特征。如载重汽车的车架中，与前车轮相连的前悬挂采用纵向滑轮式结构的钢板弹簧。见图2-6(a)，前车轮和钢板弹簧都表现为弹性元件。由于前悬挂的对称性，A与B处所受垂直反力基本相等。在计算车架时，若简单地如图2-6(b)所示在A, B两点加弹性支座，这样，A处和B处的垂直反力不可能相等。这时，可以如图2-6