07A.材料力学-弯曲内力.ppt

1 第7章弯曲 弯曲 2 弯曲 目录 7 1平面弯曲的概念及梁的计算简图7 2剪力与弯矩 剪力图与弯矩图7 3梁的正应力和强度计算7 4梁的切应力和强度计算7 5提高梁弯曲强度的措施7 6梁的变形和刚度计算7 7梁内的弯曲应变能7 8简单超静定梁 3 弯曲内力 7 1平面弯曲的概念及梁的计算简图 一 平面弯曲的概念 1 弯曲 杆受垂直于轴线的外力或外力偶矩矢的作用时 轴线变成了曲线 这种变形称为弯曲 2 梁 以弯曲变形为主的构件通常称为梁 4 3 工程实例 弯曲内力 5 弯曲内力 6 弯曲内力 7 弯曲内力 4 平面弯曲 杆发生弯曲变形后 轴线仍然和外力在同一平面内 对称弯曲 如下图 平面弯曲的特例 8 弯曲内力 非对称弯曲 若梁不具有纵对称面 或者 梁虽具有纵对称面但外力并不作用在对称面内 这种弯曲则统称为非对称弯曲 下面几章中 将以对称弯曲为主 讨论梁的应力和变形计算 9 弯曲内力 二 梁的计算简图 梁的支承条件与载荷情况一般都比较复杂 为了便于分析计算 应进行必要的简化 抽象出计算简图 1 构件本身的简化通常取梁的轴线来代替梁 2 载荷简化作用于梁上的载荷 包括支座反力 可简化为三种类型 集中力 集中力偶和分布载荷 10 弯曲内力 固定铰支座2个约束 1个自由度 如 桥梁下的固定支座 止推滚珠轴承等 可动铰支座1个约束 2个自由度 如 桥梁下的辊轴支座 滚珠轴承等 3 支座简化 11 弯曲内力 固定端3个约束 0个自由度 如 游泳池的跳水板支座 木桩下端的支座等 4 梁的三种基本形式 简支梁 悬臂梁 12 弯曲内力 外伸梁 5 静定梁与超静定梁 静定梁 由静力学方程可求出支反力 如上述三种基本形式的静定梁 超静定梁 由静力学方程不可求出支反力或不能求出全部支反力 13 弯曲内力 例1 贮液罐如图示 罐长L 5m 内径D 1m 壁厚t 10mm 钢的密度为 7 8g cm 液体的密度为 1g cm 液面高为 0 8m 外伸端长为 1m 试求贮液罐的计算简图 解 14 弯曲内力 15 7 2梁的剪力和弯矩 剪力图和弯矩图 一 弯曲内力 弯曲内力 举例已知 如图 P a l 求 距A端x处截面上内力 l A A B B 解 求外力 16 弯曲内力 求内力 截面法 A Q M M Q 弯曲构件内力 1 弯矩 M构件受弯时 横截面上其作用面垂直于截面的内力偶矩 C C 17 弯曲内力 2 剪力 Q构件受弯时 横截面上其作用线平行于截面的内力 3 内力的正负规定 剪力Q 绕研究对象顺时针转为正剪力 反之为负 弯矩M 使梁变成凹形的为正弯矩 使梁变成凸形的为负弯矩 Q Q Q Q M M M M 18 例2 求图 a 所示梁1 1 2 2截面处的内力 解 截面法求内力 1 1截面处截取的分离体如图 b 示 图 a Q1 A M1 图 b 弯曲内力 19 2 2截面处截取的分离体如图 c 图 a q Q2 B M2 弯曲内力 图 c 20 弯曲内力 二 内力方程 内力与截面位置坐标 x 间的函数关系式 三 剪力图和弯矩图 21 弯曲内力 例3 求下列各图示梁的内力方程并画出内力图 解 求支反力 写出内力方程 P YO L 根据方程画内力图 Q x M x x x P PL YO 22 弯曲内力 解 写出内力方程 根据方程画内力图 L q Q x x qL 23 弯曲内力 解 求支反力 内力方程 q0 RA 根据方程画内力图 RB x RA 24 弯曲内力 四 剪力 弯矩与分布荷载间的关系 对dx段进行平衡分析 有 q x q x M x dM x Q x dQ x Q x M x dx A y 剪力图上某点处的切线斜率等于该点处荷载集度的大小 25 弯曲内力 q x M x dM x Q x dQ x Q x M x dx A y 弯矩图上某点处的切线斜率等于该点处剪力的大小 弯矩与荷载集度的关系是 26 剪力 弯矩与外力间的关系 外力 无外力段 均布载荷段 集中力 集中力偶 Q图特征 M图特征 水平直线 斜直线 自左向右突变 无变化 斜直线 曲线 自左向右折角 自左向右突变 与m反 弯曲内力 27 弯曲内力 简易作图法 利用内力和外力的关系及特殊点的内力值来作图的方法 例4 用简易作图法画图示梁的内力图 解 利用内力和外力的关系及特殊点的内力值来作图 特殊点 端点 分区点 外力变化点 和驻点等 28 弯曲内力 左端点 分区点A M的驻点 右端点 Q x x M 29 弯曲内力 例5 用简易作图法画下列各图示梁的内力图 解 求支反力 左端点A B点左 B点右 C点左 M的驻点 C点右 右端点D q qa2 qa RA RD Q x qa 2 qa 2 qa 2 A B C D qa2 2 x M qa2 2 qa2 2 3qa2 8 30 弯曲内力 五 叠加原理 多个载荷同时作用于结构而引起的内力等于每个载荷单独作用于结构而引起的内力的代数和 适用条件 所求参数 内力 应力 位移 必然与荷载满足线性关系 即在弹性限度内满足胡克定律 31 弯曲内力 例6 按叠加原理作弯矩图 AB 2a 力P作用在梁AB的中点处 q P P A A A B B B 32 弯曲内力 六 平面刚架 1 平面刚架 同一平面内 不同取向的杆件 通过杆端相互刚性连接而组成的结构 特点 刚架各杆的内力有 Q M N 2 内力图规定 弯矩图 画在各杆的受拉一侧 不注明正 负号 剪力图及轴力图 可画在刚架轴线的任一侧 通常正值画在刚架的外侧 但须注明正 负号 33 弯曲内力 例10 试作图示刚架的内力图 P1 P2 a l A B C N图 Q图 M图 P1a P2l 34 弯曲内力 七 平面曲杆 轴线为一平面曲线的杆件 内力情况及绘制方法与平面刚架相同 例11 已知 如图所示 P及R 试绘制Q M N图 P 解 建立极坐标 O为极点 OB极轴 q表示截面m m的位置 A B 35 弯曲内力 P A B M diagram Q diagram N diagram 2PR P P 36 弯曲内力 例1 绘制下列图示梁的弯矩图 2Pa 2Pa Pa 1 补充练习题 37 弯曲内力 2 q q q q 3qa2 2 qa2 2 qa2 38 弯曲内力 3 PL 2 PL 2 PL 4 PL 2 PL 2 39 弯曲内力 4 50kN 20kNm 20kNm 50kNm 20kNm 20kNm 20kNm 20kNm 30kNm 20kNm 40 例2 试根据自己的实践经验 列举一些弯曲变形的构件 并将它们简化为各种类型的梁 例3 试用叠加法作梁的弯矩图 2 弯曲内力 41 例4 作图示具有中间铰的组合梁的Q M图 弯曲内力 42 弯曲内力 例5 图示外伸梁AD 受力作用 试画出该轴的剪力图和弯矩图 并求Qmax和Mmax 解 1 外力分析 求支座约束反力 研究梁AD 受力分析如图 列平衡方程 43 弯曲内力 2 内力分析 首先列出各段的剪力方程和弯矩方程 AC CB BD 44 弯曲内力 然后根据上面剪力方程和弯矩方程分区段绘制剪力图和弯矩图 如 a b 图所示 由图可知 Qmax 3 kN Mmax 3 kN m 45 弯曲内力 例6 图示梁承受均布载荷q作用 试问当a取何值时 梁的最大弯矩为最小 提示