材料力学第十章连接强度计算.ppt

作者:黄孟生,第十章,连接件的强度计算,10-1 概述,工程中几个杆件彼此连接时，起连接作用的部件件称为连(联)接件。,铆接,键连接：,榫接:,胶接：,焊接：,焊接、胶接.,连接件：铆钉（螺栓、销 钉）,键；榫接；,除杆件整体必须满足强度、刚度和稳定性的要求外，连接件本身也应具有足够的强度.,剪切变形,可见：作用在连接件两侧面上的一对合力大小相等、方向相反且相距很近，并使各自作用部分沿着与合力作用线之间的截面m-m（剪切面）发生相对错动。这种变形称为剪切变形。,连接件的计算方法：,实用计算方法：对连接件的破坏形态、应力的分布作一些合理的简化或假设。,连接件本身不是杆件，变形又很复杂。,实践表明，只要简化得当，有充分的实验依据，其结果能满足工程要求。,用实用计算方法计算各种相应的名义应力;,用实用计算方法计算与破坏荷载相应的各种名义极限应力.,10-2 铆接强度计算,一、简单铆接接头,（一）搭接接头,破坏形式：,（1）铆钉沿横截面剪断剪切破坏；,（2）铆钉与板孔壁 相互挤压 而在铆钉柱表面和板孔壁柱面发生显著的塑性变形挤压破坏；,（3）板在钉孔位置由于截面削弱而被拉断拉断破坏；,1、剪切强度计算,名义切应力：,AS 剪切面面积 (d 2 / 4),剪切强度条件：,2、挤压强度计算,Fbs= F,名义挤压应力：,挤压面积：Abs = d,挤压强度条件：,bs容许挤压应力. 钢材bs =（1.72.0）,3、拉伸强度计算,名义拉应力：,At =（b- d ),拉伸强度条件：,（二）对接接头,AS 剪切面面积。,名义切应力：,有两个剪切面双剪。,一般 21,名义挤压应力：,Abs 挤压面面积。,由于21 ，考虑主板的拉伸强度。,名义拉应力：,At 主板受拉面面积。,二、铆钉群接头,如果搭接接头每块板或对接接头的每块主板中的铆钉超过一个，这种接头就称为铆钉群接头。,在 铆钉群接头中，通常各铆钉的直径相同、材料也相同，并按一定的规律排列。,（一）外力通过铆钉群中心,1、搭接接头,2、对接接头,假定外力均匀分配在每个铆钉上，每个铆钉所受力均相等为F/n。因此，每个铆钉的名义切应力、名义挤压应力均相等。,拉伸强度计算时，要注意铆钉的实际排列情况。,危险截面要综合考虑铆钉孔削弱后的截面面积和轴力大小两个因素。,例1：已知 F = 130 kN，b = 110 mm, = 10 mm,1 = 7 mm，d= 17mm, = 120MPa，t = 170MPa，bs=300MPa。校核铆接头强度.,解：F 通过铆钉群中心，故每个 铆钉受力均等，均为F / 3。,由于对接，铆钉又受双剪。,剪切强度为：, 铆钉剪切强度足够。, , 21, 需校核主板（或铆钉）中间段的挤压强度。, 挤压强度满足。, bs,主板的拉伸强度为：, 危险截面可能是1-1、2-2，分别校核为：, 主板拉伸强度也满足。,F,（二）外力不通过铆钉群中心,偏心荷载 铆钉群,在F 作用下，铆钉群的分析计算与（一）相同。,每个铆钉所受的力为：,方向与F 相同。,在力偶Me 作用下，每个铆钉受力大小与该铆钉截面形心至铆钉群中心的距离ri 成正比。,FiM 垂直于ri, , 方向与力偶Me的转向相同。,在F与Me共同作用下，每个铆钉所受的力：,例2：已知 D = 100 mm, D0 = 200 mm,轴在扭转时的max = 70 MPa，螺栓 = 60 MPa. 求螺栓所需直径 d .,其中ri = D0 / 2，,故Fi 均相等。,解：由题意。这是一个仅承受力偶矩作用的螺栓群接头问题。螺栓均为单剪。,又由轴的最大切应力可得：,名义切应力为:,由,10-3 其它连接件和连接的计算,一、键连接的强度计算,1、剪切强度计算,由力矩平衡：,名义切应力：,容许切应力,AS=bl 剪切面面积,剪切强度条件：,2、挤压强度计算,由平衡 Fbs = F = FS = 2T / d,名义挤压应力：,Abs = hl / 2,挤压强度条件：,挤压面面积。,二、榫接强度计算,1、剪切强度计算,由平衡 FS = F,名义切应力：,AS=bl,剪切强度条件:,剪切面面积,2、挤压强度计算,由平衡 Fbs = F,名义挤压应力：,Abs =hb 挤压面面积,挤压强度条件：,3、拉伸强度计算,Mz = F(h+)/4,名义拉应力：, 横截面面积,FN = F，,拉伸强度条件:,例3：一木屋架榫接节点，斜杆和水平杆均为bh = 140 180mm2 的矩形截面。顺 = 1 MPa，bs顺 = 8MPa， bs横=2.4MPa，F1=50kN，求、a。,解：由题意：F2 = F1cos30= 43.3 kN,f-n为顺纹剪切面，AS=ab,FS= F2 = 43.3 kN,m-n为挤压面，Abs = b,Fbs = F2 = 43.3 kN,由,当挤压面的法线与木纹的夹角为。,三、梁的连接强度计算,例4：两厚木块用螺钉连接而成。如各横截面上的剪力为3kN，求螺钉的间距。已知：螺钉直径d = 4mm，=60MPa,Iz=113.5106mm4,S*z=20050(87.5-25)=625103m