综合力学课件材料力学.pptx

材 料 力 学贾海朋Tel: +86-22Fax: +86-22-Mail: jhp@hebut.edu.cn 河北工业大学工程力学教研室第三章 联接件体系的强度实用计算 Practical Calculation of Strength for Connection System赠言： 君子之道，辟（譬）如行远，必自迩；辟（譬）如登高，必自卑。 子思《中庸》第3章 联接件体系的强度实用计算Practical Calculation of Strength for Connection System3.1 概述3.2 剪切的实用计算3.3 挤压的实用计算 如果受拉构件是拼接的，除了受拉，还受什么作用？注意力转到 联接件3.1 概 述在 被联接构件（Connective Components） 之间，常用铆钉作为 联接件（Connector）两个或多个构件相连 —— 1. 用 钉子、铆钉等联结 2. 焊接 3. 其它本章只研究 4种联接件——螺栓、销钉、铆钉、键块联接件体系（联接件、被联接构件）的受力特点： 力在一条轴线上传递中有所偏离（与拉压情况不同） 问题：1. 力传递的偏离引起什么新的力学现象？ 2. 如何计算联接件、被联接构件的强度？ 简单典型 —— 1个螺栓、2个被联接的构件先研究螺栓的受力情况螺栓受力特点 1、 横截面 mn, pq 上 有作用力 V —— 象剪刀一样，试图把螺栓从该截面处剪开 称V为剪力 (Shear force)，引起切应力（ Shear stress) 2、杆段①、②、③ 受到被联接构件的挤压（Bearing) 引起挤压应力（Bearing stress) 基于螺栓的受力分析，容易预测出螺栓可能的失效形式 （1）在截面mn, pq处被剪断 （2）受挤压部分的半圆被“挤扁” （近似半椭圆） 照片中的螺栓产生了塑性变形，验证了情况 (2)还应当研究被联接构件有没有新的受力特点被联接构件受力特点 1、 没有受剪力作用 2、同螺栓杆段①、②、③ 对应半圆孔受到螺栓挤压， 有可能导致变形过大而失效（变成近似椭圆孔） 3、螺栓挤压，有可能把被联接构件端部豁开 （一般将端部设计得充分长，抵御豁开力，因而对此 不计算）3.2 剪切的实用计算 为保证设计的安全, 必须对联接件、被联接构件 进行强度计算： 联接件 —— 切应力，挤压应力 被联接构件—— 挤压应力切应力、挤压应力的分布函数很复杂，需用有限元等 数值方法计算（如挤压应力属于接触问题）为了方便工程，提出实用计算 —— 假定应力均匀分布，得到名义应力；本质算平均应力剪切实用计算的步骤 1、 算出剪力（根据静力平衡） 2 、计算名义切应力（或平均切应力） 3 、强度校核 剪切强度计算 1、剪力 2、名义切应力 假定切应力均匀分布，剪力 V 引起的切应力为 m —— 名义 的汉语拼音，或 平均（mean）的英文缩写 3、强度校核 若 说明设计满足强度要求 否则，需重新设计，如加大螺栓直径等为许用切应力如何确定许用切应力 对材料做剪切试验，可测得剪断时的切应力值则该材料的许用切应力为 —— 剪切安全因数 试验结论塑性 脆性算 例1. 静力平衡得到 剪力V = P2. 螺栓截面 mn 上平均切应力或名义切应力 3. 强度校核 ABB向A向挤压力P剪力V剪力作用面 积挤压力计算 面 积 Abs3.3 挤压的实用计算在联接件中通常同时出现 —— 挤压应力和切应力 但二者有明显区别bs — bearing stress挤压应力计算面积 —— 实际挤压面在垂直挤压力 方向上的投影 AB挤压力P剪力VB向A向剪力作用面 积挤压力计算 面 积 Abs 注意：实际挤压面是半圆柱切应力 —— 1、计算面积是剪力的真实作用区 2、名义切应力是真实的平均切应力 挤压应力 —— 1、计算面积不一定是挤压力真实作用区 2、名义挤压应力不一定是平均挤压应力 综上所述，挤压应力 公式属于真正的假定计算许用挤压应力也是靠破坏试验确定试验结果联接件 中通常同时出现 —— 挤压应力、切应力 被联接构件通常只出现 —— 挤压应力例 题外载集度 p=2MPa, 角钢厚 t=12mm, 长 L=150mm, 宽b=60mm，螺栓直径 d=15mm. 求螺栓名义切应力 和螺栓与角钢间的名义挤压应力（忽略角钢与工字 钢之间的摩擦力）解：（1）角钢承受的总载荷（2）每个螺栓的剪力（3）螺栓所受的名义切应力4）单个螺栓与角钢 间的挤压力 （5）螺栓与角钢间的名义挤压应力 例题要点提示例3.1（P76）（1）看懂图3.5(a) （2）(P77)第1-3行一段