材料力学 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1.强度失效:由于杆件材料屈服或断裂引起的失效。2.刚度失效:由于杆件过量的变形引起的失效。3.稳定（屈曲）失效:由于杆件平衡形态的突然转变而引起的失效。其他失效形式:蠕变失效、松驰失效等。构件在工作中丧失了它们应有的功能，称之为失效。构件的失效主要表现为：4.疲劳失效:由于交变应力的作用而引起构件的突然断裂。失效判据:为了保证所设计的杆件能正常地使用而不失效，必须根据所用材料性能，杆件受力状况、工程要求建立判断失效的依据。例如:脆性材料在单向拉伸应力状态下，其强度失效判据为:塑性材料在单向拉伸应力状态下，其强度失效判

2、据为:危险截面：内力最大的横截面危险点：危险截面上应力最大的点实际构件，并非都是单向或者纯剪切，而是复杂应力状态。复杂应力状态下，人们不再通过试验来建立强度条件，而是根据一定的试验结果，对失效现象加以观察、分析和归纳，寻找失效的规律，从而对失效的原因作一些假说，这些假说通常就称为强度理论。如：脆性材料在三向等压应力状态下会产生塑性变形。塑性材料在三向等拉应力状态下会发生脆性断裂。第二节基本变形状态下杆件强度计算极限应力：脆性材料的抗拉强度塑性材料的屈服强度脆性材料的剪切屈服点塑性材料的剪切屈服点一、强度条件和许用应力强度条件：要保证杆件安全正常地工作，其最大工作

3、应力不能超过材料的极限应力。拉压构件材料的失效判据：脆性材料拉max=u拉=b拉塑性材料max=u=s脆性材料压max=u压=b压材料的拉、压许用应力塑性材料：脆性材料：许用拉应力其中，ns——对应于屈服极限的安全因数（1.4~2.0）其中，nb——对应于拉、压强度的安全因数（2.0~2.5）许用压应力二、拉(压)杆的强度计算其中：σmax——拉(压)杆的最大工作应力；[σ]——材料拉伸(压缩)时的许用应力。强度计算的四种类型(3)许可荷载的确定:FNmax=A[s](2)截面选择：(1)强度校核：例8-1已知一圆杆受拉力P=25kN，许用应力

4、[]=170MPa，直径d=14mm，校核此杆强度。解：①轴力：FN=P=25kN②应力：③强度校核：④结论：此杆满足强度要求，能够正常工作。例8-2如图8-1所示的结构由两根杆组成，设两杆材料相同，许用应力［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，试求两杆所需的最小截面积。解：(1)求许用载荷［F］首先由节点c的平衡方程确定轴力和F的关系联立求解得然后由强度条件得(2)两杆所需的最小面积根据强度条件可得最后结构的许用载荷为F≤82.2KN例8-3图示空心圆截面杆，外

5、径D＝20mm，内径d＝15mm，承受轴向荷载F＝20kN作用，材料的屈服应力s＝235MPa，安全因数n=1.5。试校核杆的强度。解：可见，工作应力小于许用应力，说明杆件安全。FFDd三、圆轴的强度计算圆轴扭转时，横截面上每点都处于纯剪切状态，切应力沿径向线性分布，横截面上最大切应力位于圆轴表面危险截面上的扭矩许用切应力，通过扭转试验得到的塑性材料的剪切屈服点τs和脆性材料的剪切强度极限τb，将τs及τb除以安全系数即为许用切应力强度条件：，[τ]—许用切应力；圆轴扭转时，其表层即最大扭转切应力作用点处于纯剪切状态，所以，扭转许用切应力也可利用上述关系确定。

6、理论与试验研究均表明，材料纯剪切时的许用切应力[t]与许用正应力[σ]之间存在下述关系：对于塑性材料．[t]＝(0.5一0.577)[σ]对于脆性材料，[t]＝(0.8—1.0)[σl]式中，[σl]代表许用拉应力。强度计算三方面：①校核强度：②设计截面尺寸：③计算许可载荷：例8-4：功率为150kW，转速为15.4转/秒的电动机转子轴如图，许用剪应力[]=30MPa,试校核其强度。Tm解：①求扭矩及扭矩图②计算并校核剪应力强度③此轴满足强度要求。x例8-5：某汽车主传动轴钢管外径D=76mm，壁厚t=2.5mm，传递扭矩T=1.98kN·m，[t]=100M

7、Pa，试校核轴的强度。解：计算截面参数：由强度条件：故轴的强度满足要求。同样强度下，空心轴使用材料仅为实心轴的三分之一，故空心轴较实心轴合理。空心轴与实心轴的截面面积比(重量比)为：由上式解出：d=46.9mm。若将空心轴改成实心轴，仍使，则弯曲正应力强度条件1.弯矩最大的截面上2.离中性轴最远处4.脆性材料抗拉和抗压性能不同，二方面都要考虑3.变截面梁要综合考虑与四、梁的强度计算根据强度条件可进行：强度校核:截面设计:确定梁的许可荷载:例8-5：已知16号工字钢Wz=141cm3，l=1.5m，a=1m，[]=160MPa，E=210GPa，在梁的下边缘C点

8、沿轴向贴一应变片，测得C