西安石油大学：《工程力学 Engineering Mechanics》课程教学资源（PPT课件）第10章 组合变形

第10章组合变形 第一节概述 第二节斜弯曲 第三节拉伸(压缩)与弯曲 的组合作用 第四节偏心压缩(拉伸)截面核心 第五节杆在弯曲与扭转共同作用下的 强度计算 小结 返回

第一节 概述 第二节 斜弯曲 第三节 拉伸（压缩）与弯曲 的组合作用 第四节 偏心压缩（拉伸） 截面核心 返 回 第10章 组合变形 小 结 第五节 杆在弯曲与扭转共同作用下的 强度计算

四种基本变形计算: 变形轴向拉伸(压缩)剪切扭转 平面弯曲 外力轴向力 横向力外力偶横向力或外力偶 内力轴力(N)剪力(Q)扭矩(Mn剪力(Q)弯矩(M 符号拉为正右手螺旋法则2 应力正应力剪应力剪应力剪应力T正应力o 分布规律均匀分布均匀分布线性分布抛物线分布线性分布 计算 OS M 公式 A Ⅰb 强度 条件A max R×{dan A max W 变形绝对伸长挤压变形扭转角转角 挠度 刚度 4≈M F y荷载·L 条件EA ≤[A ≤ GA 系数·E 返回下张上一张小

四种基本变形计算： 变形 轴向拉伸(压缩) 剪切 扭转 平面弯曲 外力 轴向力 横向力 外力偶 横向力或外力偶 内力 轴力(Ｎ) 剪力(Q) 扭矩(Ｍｎ) 剪力(Q) 弯矩(M) 符号 拉为正 ＋ 右手螺旋法则 ＋ + 应力 正应力 剪应力 剪应力 剪应力 正应力 计算 公式 A N   A Q   p x I M     I b QS z *   z z I M y   强度 条件 [ ] max max   A N [ ] max max    A Q [ ] max max    A Q [ ] k max max    p x W M [ ] max max   z z W M 分布规律 均匀分布 均匀分布 线性分布 抛物线分布 线性分布 变形 绝对伸长 挤压变形 扭转角 转角 挠度 刚度 条件 返回 下一张 上一张 小结 [ L] EA NL L   [ ]c c c c A F      [] GA MxL z n EI y L    系数 荷载 

第一节概述 、概念 1.组合变形:受力构件产生的变形是由两种或两种以上的 基本变形组合而成的 2.组合变形实例: 檩条 檩条 G 返回 张上一张小结

第一节 概述 返回 下一张 上一张 小结 一、概念： 1. 组合变形：受力构件产生的变形是由两种或两种以上的 基本变形组合而成的。 2. 组合变形实例 ：

3.常见组合变形的类型: (1)斜弯曲 (2)拉伸(压缩)与弯曲组合 (3)偏心拉伸(压缩) 4)弯扭组 、计算方法: 组合变形若忽略变形过程中各基本变形间的互相景 响,则可依据叠加原理计算。 1.叠加原理:弹性范围小变形情况下,各荷载分别单独 作用所产生的应力、变形等互不影响,可叠加计算 2.计算方法:“先分解,后叠加。” 先分解--应先分解为各种基本变形,分别计算各基本 变形。 后叠加-将基本变形计算某量的结果叠加即得组合变 形的结果 返回 张上一张小结

二、计算方法 ： 组合变形若忽略变形过程中各基本变形间的互相影 响，则可依据叠加原理计算。 3. 常见组合变形的类型 ： （1） 斜弯曲 （2） 拉伸（压缩）与弯曲组合 （3） 偏心拉伸（压缩） （4） 弯扭组合 返回 下一张 上一张 小结 1. 叠加原理 ：弹性范围小变形情况下，各荷载分别单独 作用所产生的应力、变形等互不影响，可叠加计算。 2. 计算方法： “先分解，后叠加。 ” 先分解-------应先分解为各种基本变形，分别计算各基本 变形。 后叠加-------将基本变形计算某量的结果叠加即得组合变 形的结果

第二节斜弯曲 受力特点:外力垂直杆轴且通过形心但未作用在纵向对称面内; 变形特点:杆轴弯曲平面与外力作用平面不重合 斜弯曲也称为双向平面弯曲。 强度计算: 外力分解:P,=Pcos P=P sin 内力计算: M.=-P,x=-Pcos. x=M cos 2 M=-Px=-Psin x=M sin 应力计算: 丿M 设x>σ1 甲中钾活 .+ Co2 eIn d 婚8= 胆Q 返回 张上一张小结

第二节 斜弯曲 受力特点：外力垂直杆轴且通过形心但未作用在纵向对称面内； 变形特点：杆轴弯曲平面与外力作用平面不重合。 斜弯曲也称为双向平面弯曲。 一、强度计算： 外力分解： Py  P cos  Pz  P sin  内力计算： ; z z z I M y    ; y y y I M z    z z y y I M y I M z     sin sin ; cos cos ;     M P x P x M M P x P x M y z z y             应力计算： ) 0 ; cos sin    (  z  I y I M z z z y   由中性轴方程：    得：      ; z  y时 ,   。 y z tg I I I I z y tg 返回 下一张 上一张 小结

最大应力:c=± MM 士三± max 强度条件::M1M ≤[a] 在截面距离中性轴最远的两个角点上。 二、挠度计算 梁在斜弯曲情况下的挠度,也用叠加原理求得。 如上例中P集中力的分量在 、p13P13cosq 各自弯曲平面内产生的挠度为 3EI 3EⅠ 总挠度为:f=V2+/2/=2P3sim 3EI 3EI 设挠度f与轴的夹角为a则可用下式求得:ga=/==g y 返回 张上一张小结

• 二、挠度计算： • 梁在斜弯曲情况下的挠度，也用叠加原理求得。 • 如上例中P集中力的分量在 • 各自弯曲平面内产生的挠度为 y y z z z z y y EI Pl EI p l f EI Pl EI p l f 3 sin 3 3 cos 3 3 3 3 3       2 2 y z f  f  f  tg  I I f f tg y z y z   最大应力： ; max max max y y z z y y z z I M W M z I M y I M          强度条件： [ ]; max         y y z z I M W M  m  ax在截面距离中性轴最远的两个角点上。 总挠度为： 设挠度f与轴的夹角为α,则可用下式求得： 返回 下一张 上一张 小结

例:悬臂梁如图示。全梁纵向对称平面内承受均布荷载q5KNm,在 自由端的水平对称平面内受集中力P=2KN的作用。已知截面为25a工字 钢,材料的E=2×103MPa,试求: (1)梁的最大拉、压应力 ￠=5kN/m (2)梁的自由端的挠度 解:(1)固定端截面为危险截面。 M=Pl=2×2=4KN P=2kN ×5×2 2 10KN·m max 2 查表:Wn=48.283cm3,W=401.883Cm3 1,=280046cm2,2=5023.54cm M 2)由于截面对称 max y max max 最大拉压应力相等 10×10 108 MPa 401882 48283 3)求自由端的挠度: f∫2 P|2=9.57mm 8EⅠ BEl 返回下张上一张小

• 例：悬臂梁如图示。全梁纵向对称平面内承受均布荷载 q=5KN/m，在 自由端的水平对称平面内受集中力P=2KN的作用。已知截面为25a工字 钢，材料的E= MPa，试求： • （1）梁的最大拉、压应力。 • （2）梁的自由端的挠度。 5 210 M ql KN m M Pl KN m z y            5 2 10 2 1 2 1 2 2 4 2 2 max max 108 ; 48283 4 10 401882 10 10 6 6 max max max MPa W M W M y y z z             mm EI Pl EI ql f f f z y y z ) 9.57 3 ) ( 8 ( 2 3 2 4 2 2      （3）求自由端的挠度： 解：（1）固定端截面为危险截面。 （2）由于截面对称， 最大拉压应力相等。 280.046 , 5023.54 ; 48.283 , 401.883 ; 4 4 3 3 I cm I cm W cm W cm y z y z   查表：   返回 下一张 上一张 小结

第三节拉伸(压缩)与弯曲的组合作用 概念 在实际工程中,杆件受横 向力和轴向力的作用,则杆件 将产生拉(压)弯组合变形 如斜梁,将其所受力P分解 为两个分量P,P。则垂直于梁 轴的横向力Py使梁产生弯曲变形, a 轴向力P使AB梁段产生轴向压 缩变形,所以在P的作用下,该 梁段产生压弯组合变形。 再如重力坝,自重使坝底 受压力,水压力使坝体产生弯 曲变形,该坝为压弯组合变形 构件。 b 返回 张上一张小结

一、概念： 在实际工程中，杆件受横 向力和轴向力的作用，则杆件 将产生拉（压）弯组合变形。 第三节 拉伸（压缩）与弯曲的组合作用 返回 下一张 上一张 小结 如斜梁，将其所受力P分解 为两个分量Px ,Py 。则垂直于梁 轴的横向力PY使梁产生弯曲变形， 轴向力Px使AB梁段产生轴向压 缩变形，所以在P的作用下，该 梁段产生压弯组合变形。 再如重力坝，自重使坝底 受压力，水压力使坝体产生弯 曲变形，该坝为压弯组合变形 构件

、计算:以挡土墙为例。 自重作用使任意截面产生轴向 压力Nx);对应各点产生压应力: 土 N(x) 土压力作用使截面产生弯矩 Mx);对应点产生正应力: M(x)y O M b Ⅹ截面任意点应力: N(x)M(x)·y A (x),M(x) af) W JN t 挡土墙底部截面轴力和弯矩最大 M max 为危险截面,其最大和最小应力为: min A W 强度条件 max max max [ A W 返回 张上一张小结

二、计算： 以挡土墙为例。 自重作用使任意截面产生轴向 压力N(x)；对应各点产生压应力： ; ( ) A N x N    土压力作用使截面产生弯矩 M(x)；对应点产生正应力： ; ( ) z M I M x y    X截面任意点应力： ; ( ) ( ) z k I M x y A N x      挡土墙底部截面轴力和弯矩最大， 为危险截面，其最大和最小应力为： W z M A m N max max ax min     ; max ( ) ( ) min W z M x A N x     强度条件： | | [ ] max max max         W z M A N 返回 下一张 上一张 小结

例9-2简易起重机如图。最大吊重P=8KN,若AB杆为工字钢,A3钢的 o]=100Mpa,试选择工字钢的型号。 解:(1)AB杆受力如图,设CD杆的拉 力为T,由:P(25+1.5)-2.57snO=0: T=42 kN (2)内力计算:由内力图知 M=12KN·m,在C截面; .m- N=40KN,在AC梁段 y N=在C截面下递第, (3)应力计算 TITTSHSIBITT M max am在C右截面上边缘 (4)强度计算 M 设计:W max =120 o 查表选16号工字钢, W.=141cm3,A=261cm2 因此,远的=100.4MQ<105%a 校核: max 工字钢。[返回下一张|上一张小结

例9-2 简易起重机如图。最大吊重P=8KN，若AB杆为工字钢, A3钢的 [σ]＝100Mpa，试选择工字钢的型号。 解：（1）AB杆受力如图，设CD杆的拉 力为T，由：P(2.5  1.5)  2.5T sin   0;  T  42 kN （4）强度计算： 因此，可选16号工字钢。 16 141 , 26 ,1 ; 120 ; [ ] 3 2 max 3 W cm A cm cm M W z z     查表选 号工字钢， 设计：  | | 100 .4 105 [ ]; 0 max 0  max        MPa W M A N z 校核： （2）内力计算：由内力图知 在 梁段。 在 截面； N KN AC M KN m C 40 , 12 , max max    （3）应力计算： 在 截面上边缘。 在 截面下边缘； 右 左 C W M C W M A N z z | |; ; max max max max max            返回 下一张 上一张 小结