第八章 杆类构件静力学设计ppt课件.ppt

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1、第八章杆类构件静力学设计第一节失效和失效判据要使杆件能正常使用，必须满足强度要求、刚度要求和稳定性要求。如果杆件不能满足这些要求，亦即杆件在工作中丧失了它们应有的功能，称之为失效。对应强度、刚度、稳定性，失效分为：强度失效：由于杆件材料屈服或断裂引起的失效。刚度失效：由于杆件过量的变形引起的失效。稳定失效：由于杆件平衡形态的突然转变（由直变弯）而引起的失效，亦称屈曲失效。其它失效形式，如疲劳失效、蠕变失效等强度失效(FailurebyLostStrength)—由于断裂(Rupture)或屈服(Yield)引起的失效刚度失效(Failureb

2、yLostRigidity)—由于过量的弹性变形引起的失效.屈曲失效(FailurebyBuckling,FailurebyLostStability)—由于平衡构形的突然转变而引起的失效.疲劳失效(FailurebyFatigue)—由于交变应力的作用,初始裂纹不断扩展而引起的脆性断裂.蠕变失效(FailurebyCreep)—在一定的温度和应力下,应变随着时间的增加而增加,最终导致构件失效.松弛失效(FailurebyRelaxation)—在一定的温度下,应变保持不变,应力随着时间增加而降低,从而导致构件失效.失效判据：根据所用材料性能

3、、杆件受力状况、工程要求建立起的判断失效的依据。简单应力状态下的失效判据：一般应力状况，须根据强度理论来建立失效判据。有了失效判据，则根据不同的设计理论可以建立不同的设计准则。在目前设计理论主要有安全系数法和概率极限状态法。θmax=[θ]扭转圆轴刚度失效判据FP受拉直杆强度失效判据σ=σsσ=σb第二节基本变形状态下杆件强度计算一、强度条件和许用应力极限正应力：脆性材料的强度极限σb和塑性材料的屈服极限σs（或σp0.2），用σμ表示。工程上将极限应力除以一个大于1的数n，称为安全系数，相应的应力称为许用应力安全系数的取值一般为：塑性材料n

4、=1.4～2.0，脆性材料n=2.0～2.5影响因素：1.载荷动或静，计算是否准确；2.材质均匀程度、质地好坏，塑性或脆性；3.计算方法准确度、简化合理性；4.重要程度，后果制造维修难易程度；5.对设备自重、寿命、机动性要求等。当材料单纯受剪时，则也可以由扭转试验得到塑性材料的剪切屈服点τs和脆性材料的剪切强度极限τb。同样将它们定义为材料的极限切应力，除以安全系数即可得许用切应力，这样纯剪状态时的强度条件为：在单向应力状态下杆件的设计准则为：这也就是常称的强度条件根据第五章的应力状态分析和大量试验研究，极限拉应力和极限切应力之间存在着一定的

5、关系，因此最后的许用应力之间有关系：确定杆中最大应力的步骤是：对于等直杆，首先根据内力分布情况，确定内力最大的横截面，此横截面称为危险截面；然后根据横截面应力分布状况，确定危险截面上应力最大的点，此点称为危险点。显然危险点处的应力为杆中最大的应力。对于变截面杆，则必须综合分析才能确定危险截面和危险点，因为此时内力小的横截面也可能尺寸较小，从而应力较大.根据工程要求的不同，强度计算几种类型：强度校核：截面设计：许用载荷确定：材料选择：二、拉压杆的强度计算例8-1若材料的屈服极限σS=300MPa，安全系数n=2，已知F1=10kN，F2=40k

6、N，F3=50kN，F4=20kN，截面直径d=16mm。试对等截面直杆进行强度校核。解(1)求各段的轴力;。(2)求最大应力;(3)强度校核F1AF4BC112233F1F2F3D++-20kN10kN30kNBCDAF1AF4BC112233F1F2F3D++-20kN10kN30kNBCDA强度满足例8-2图示结构由两根杆组成，设两杆材料相同，许用拉应力[σ]=170MPa.(1)如AC杆的截面积为400mm2，BC杆的截面积为250mm2，试求许用载荷[F]；(2)如载荷F=60kN，求两杆所需的最小截面积.解(1)求许用载荷F。FN

7、BCFNACyCFABx结构的许用载荷为(2)两杆所需的最小面积根据强度条件可得由强度条件得F1=20kN，F2=40kN,[σ]=150MPa，校核强度.练习F2F1abcd3020三、圆轴的强度计算例8-3一传动轴如图所示。设材料的许用切应力[τ]=50MPa，轴的直径d=100mm，转速n=300rpm，试求该传动轴所能传输的功率。解(1)求出传动轴所能承受的最大扭矩。(2)求传动轴所能传输的功率。TCBAT/2T/2例8-4有一圆轴，其截面上的扭矩为M=10kNm，材料的许用切应力[τ]=80MPa，试确定该轴的直径。若将该轴改为空心

8、圆轴，且内外直径之比d/D=0.8，试确定该截面尺寸，并比较两种情况的用料。解(1)确定实心圆轴的直径。(2)确定空心圆轴的截面尺寸。(3)比较两者的用料。用料之比