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文档简介
27.04.2020,.,1,第六章弯曲变形,1明确挠曲线、挠度和转角的概念,深刻理解梁挠曲线近似微分方程的建立。2掌握计算梁变形的积分法和叠加法。3了解梁的刚度条件。,基本要求,27.04.2020,.,2,6-1引言,一工程实际中的弯曲变形,27.04.2020,.,3,1挠曲线:梁在弯矩作用下发生弯曲变形。如果在弹性范围内加载,梁的轴线在梁弯曲后变成一连续光滑曲线。这一连续光滑曲线称为弹性曲线(elasticcurve),或挠度曲线(deflectioncurve),简称弹性线或挠曲线。,二基本概念,27.04.2020,.,4,2挠度与转角,梁在弯曲变形后,横截面的位置将发生改变,这种位置的改变称为位移。梁的位移包括三部分:,27.04.2020,.,5,挠度曲线在一点的曲率与这一点处横截面上的弯矩、弯曲刚度之间存在下列关系:,规定:向上的挠度为正,向下的挠度为负。逆时针转角为正,顺时针转角为负。,挠曲线方程:,w=w(x),转角方程:,q=q(x),27.04.2020,.,6,在Oxw坐标系中,挠度与转角存在下列关系:,在小变形条件下,挠曲线较为平坦,即很小,因而上式中tan。于是有,27.04.2020,.,7,力学中的曲率公式,数学中的曲率公式,6-2挠曲线的微分方程,27.04.2020,.,8,小挠度情形下,弹性曲线的小挠度微分方程,式中的正负号与w坐标的取向有关。,27.04.2020,.,9,由于规定挠度向上为正,有,挠曲线微分方程,仅适用于线弹性范围内的小变形的平面弯曲问题。,27.04.2020,.,10,6-3用积分法求弯曲变形,对于等截面梁,应用确定弯矩方程的方法,写出弯矩方程M(x),代入上式后,分别对x作不定积分,得到包含积分常数的挠度方程与转角方程:,其中C、D为积分常数。,转角方程,挠度方程,27.04.2020,.,11,弹簧变形,积分常数C、D由边界条件和梁段间光滑连续条件或中间绞链连续条件确定。,位移边界条件,光滑连续条件,27.04.2020,.,12,确定约束力,判断是否需要分段以及分几段,分段建立挠度微分方程,微分方程的积分,利用约束条件和连续光滑条件确定积分常数,确定挠度与转角方程以及指定截面的挠度与转角,分段写出弯矩方程,分段点:集中力、集中力偶、分布载荷起止点、EI不同,积分法求解步骤,27.04.2020,.,13,例6-1已知:悬臂梁受力如图示,F、l、EI均为已知。求:梁的挠曲线、转角方程及最大挠度和转角,27.04.2020,.,14,解:,由边界条件:,得:,27.04.2020,.,15,梁的转角方程和挠曲线方程分别为:,最大转角和最大挠度分别为:,27.04.2020,.,16,例6-2已知:简支梁受力如图示。F、EI、l、a、b均为已知。试:讨论这一梁的弯曲变形。,27.04.2020,.,17,解:,27.04.2020,.,18,由连续和光滑条件:,得:,得:,由边界条件:,27.04.2020,.,19,梁的转角方程和挠曲线方程分别为:,AC段,CB段,最大转角:,当ab时,qB为最大转角。,27.04.2020,.,20,AC段,CB段,最大挠度:,当q=0时,w为极值。,当ab时,q=0的截面在AC段。,27.04.2020,.,21,6-4用叠加法求弯曲变形,在材料服从胡克定律和小变形的条件下,由小挠度曲线微分方程得到的挠度和转角均与载荷成线性关系。因此,当梁承受复杂载荷时,可将其分解成几种简单载荷,利用梁在简单载荷作用下的位移计算结果,叠加后得到梁在复杂载荷作用下的挠度和转角。,叠加方法(superpositionmethod),叠加原理,载荷叠加、变形叠加,27.04.2020,.,22,例6-3已知:简支梁受力如图示,q、l、EI均为已知。求:C截面的挠度wC;B截面的转角B,27.04.2020,.,23,27.04.2020,.,24,例6-4已知:外伸梁受力如图示,F、l、a、EI均为已知。求:C、D截面的挠度和转角。(D为AB中点),27.04.2020,.,25,27.04.2020,.,26,AB段挠曲线和转角方程:,得:,27.04.2020,.,27,例6-5已知:F、l、EI均为已知。求:B截面的挠度和转角。,27.04.2020,.,28,27.04.2020,.,29,27.04.2020,.,30,例6-6已知:悬臂梁受力如图示,q、l、EI均为已知。求:C截面的挠度wC和转角C,27.04.2020,.,31,方法一:,27.04.2020,.,32,方法二:,27.04.2020,.,33,例6-7已知:图示组合梁,F=qa,EI为已知。求:截面B的挠度和截面A的转角。,27.04.2020,.,34,例6-8已知:悬臂梁受力如图,Me=Fa/2。试画出挠曲线的大致形状。设抗弯刚度EI为常数。,27.04.2020,.,35,例6-9图示刚架结构。试求C点的水平和垂直位移。,27.04.2020,.,36,例6-10图示等截面刚架,自由端承受集中载荷F的作用,试求自由端的铅垂位移。设弯曲刚度EI与扭转刚度GIt均为已知常数。,27.04.2020,.,37,6-5简单超静定梁,27.04.2020,.,38,3相当系统在静定基上加上外载荷以及多余约束力,得到受力和变形与静不定梁完全相同的相当系统。,2静定基将静不定梁上的多余约束除去后所得到的“静定基本系统”。,1静不定梁约束反力数目多于静力平衡方程数目的梁。,一静不定梁的概念,27.04.2020,.,39,3在静定基上计算多余约束处的变形后,代入变形协调条件,建立补充方程,解出多余约束反力。,2建立变形协调条件;将相当系统与静不定梁相比较,在多余约束处,找到变形协调条件。,1判断梁的静不定次数,解除多余约束,建立静定基;,二静不定梁的解法,27.04.2020,.,40,例6-11一悬臂梁AB,承受集中载荷F作用,因其刚度不够,用一短梁加固,如图所示。试计算梁AB的最大挠度的减少量。设二梁各截面的弯曲刚度均为EI。,27.04.2020,.,41,解:加固前,AB梁的最大挠度,加固后,由wC1=wC2,得,此时AB梁的最大挠度:,仅为前者的60.9%。,27.04.2020,.,42,w许用挠度q许用转角,梁的刚度条件,27.04.2020,.,43,例6-12已知:钢制圆轴,左端受力为FP,FP=20kN,a=lm,l=2m,E=206GPa,其他尺寸如图所示。规定轴承B处的许用转角q=0.5。,试:根据刚度要求确定该轴的直径d。,B,27.04.2020,.,44,中心架,1、如卸荷装置、中心架(或跟刀架),卸荷带轮,一改善结构形式,减小弯矩的数值。,6-6提高弯曲刚度的一些措施,27.04.2020,.,45,3、缩小跨距,2、合理安排梁的约束与加载方式,选用弹性模量E较高的材料也能提高梁的刚度。但是,对于各种钢材,弹性模量的数值相差甚微,因而与一般钢材相比,选用高强度钢材并不能提高梁的刚度。,二选择合理的截面形状。,三合理选择材料,27.04.2020,.,46,本章小结,1挠度和转角的正负方向确定,2掌握用积分法求梁的挠曲线和转角方程,积分常数根据边界条件和连续条件确定。,3根据弯矩图确定挠曲线的形状,27.04.2020,.,47,6提高梁刚度主要措施
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