第八章杆类枘件的强度与刚度设计 杆类构件包括杆、梁、轴和柱。在常温、静载荷作用下,杆、梁、轴的设计主要涉及强 度设计和刚度设计;柱的设计,除了满足强度要求外还需要满足稳定性要求 本章主要涉及杆类构件在静荷载作用下的强度和刚度设计。关于柱的稳定性设计将在以 后的章节中详细介绍,而轴的疲劳强度设计,将在专题中或其它课程中讨论。 §8-1设计原则与设计过程 1强度设计 杆类构件在外载荷作用下,由内力分析,建立杆件横截面内力沿杆长方向分布变化的规 律,绘制内力图,从内力的变化中找到内力最大的截面,从而确定可能最先发生强度失效的 那些截面,称为危险截面。 通过应力分析,建立横截面上应力分布规律,确定危险截面上哪些点最先可能发生强度 失效,这些点称为危险点 强度失效不仅与应力大小有关,而且与危险点的应力状态有关。因此,根据材料性能和 应力状态,首先判断可能的失效形式(屈服还是断裂)从而选择相应的设计准则:然后根据 设计准则,由不同的工程要求进行下列几方面的计算(以拉伸杆件为例) 强度校核:当外力、杆件各部分尺寸及材料许用应力均为已知时,验证危险点的应力强 度是否满足设计准则 截面设计:当外力及材料许用应力为已知时根据设计准则设计杆件横截面尺寸 确定许可载荷:当杆件各部分尺寸及材料许用应力已知时,确定构件或结构所能承受的 最大载荷 选择材料:当外力、杆件各部分尺寸已知时,根据经济安全的原则以及其它工程要求, 选择合适的材料 2刚度设计 刚度设计就是根据工程要求,对构件进行设计,以保证在确定的外部荷载作用下,构件 的弹性位移(最大位移或者指定位置处的位移)不超过规定的数值。于是 对于拉压杆,刚度设计准则为 uNI (8-1) 式中,N为轴向位移:[u]为许用轴向位移 对于梁,刚度设计准则为 (8-2) ≤] (8-3) 式中,v和分别为梁的挠度和转角;[w]和]分别为许用挠度和许用转角 对于受扭圆轴,刚度设计准则为 ≤ (8-4) 22 第八章 杆类构件的强度与刚度设计 杆类构件包括杆、梁、轴和柱。在常温、静载荷作用下，杆、梁、轴的设计主要涉及强 度设计和刚度设计；柱的设计，除了满足强度要求外还需要满足稳定性要求。 本章主要涉及杆类构件在静荷载作用下的强度和刚度设计。关于柱的稳定性设计将在以 后的章节中详细介绍，而轴的疲劳强度设计，将在专题中或其它课程中讨论。 §8-1 设计原则与设计过程 1 强度设计 杆类构件在外载荷作用下，由内力分析，建立杆件横截面内力沿杆长方向分布变化的规 律，绘制内力图，从内力的变化中找到内力最大的截面，从而确定可能最先发生强度失效的 那些截面，称为危险截面。 通过应力分析，建立横截面上应力分布规律，确定危险截面上哪些点最先可能发生强度 失效，这些点称为危险点。 强度失效不仅与应力大小有关，而且与危险点的应力状态有关。因此，根据材料性能和 应力状态，首先判断可能的失效形式（屈服还是断裂）从而选择相应的设计准则；然后根据 设计准则，由不同的工程要求进行下列几方面的计算（以拉伸杆件为例）： 强度校核：当外力、杆件各部分尺寸及材料许用应力均为已知时，验证危险点的应力强 度是否满足设计准则。 截面设计：当外力及材料许用应力为已知时根据设计准则设计杆件横截面尺寸。 确定许可载荷：当杆件各部分尺寸及材料许用应力已知时，确定构件或结构所能承受的 最大载荷。 选择材料：当外力、杆件各部分尺寸已知时，根据经济安全的原则以及其它工程要求， 选择合适的材料。 2 刚度设计 刚度设计就是根据工程要求，对构件进行设计，以保证在确定的外部荷载作用下，构件 的弹性位移（最大位移或者指定位置处的位移）不超过规定的数值。于是 对于拉压杆，刚度设计准则为   uN  uN （8-1） 式中, N u 为轴向位移；   N u 为许用轴向位移。 对于梁，刚度设计准则为 w  w （8-2）    （8-3） 式中， w 和  分别为梁的挠度和转角；[ w ]和[  ]分别为许用挠度和许用转角。 对于受扭圆轴，刚度设计准则为    （8-4）