10-3 试求图示[16a 简支梁由于自重作用所产生的最大正应力及同一截面上AB 两点的正应力。
q
解：(1)查表可矩[16a 的理论重量为17.24kg/m ，故该梁重均布载荷的集度为172.4N/m 。截面关于z 轴对称，而不关于y 轴称，查表可得：
3
6
46
4
0108cm 10810
,
73.3cm 0.73310
m
,63m m =0.063m , 1.8cm =0.018m
z y W I b z --==?==?==
⑴外力分析：
cos 172.4cos 20162.003/sin 172.4sin 2058.964/y z q q N m q q N m
??======
⑵内力分析：跨中为危险面。
3
2
,m ax
32
,m ax
11162.003 4.2357.217881158.964 4.2130.01688
z y y z M
q l N m
M
q l N m
==??=?==
??=?
⑶应力分析：A 、B 点应力分析如图所示。A 点具有最大正应力。 ,m ax
,m ax
m ax 6
6
,m ax
,m ax
m ax 06
6
357.217130.016(0.0630.018)11.29M P a
10810
0.73310357.217130.016
0.018 6.50M P a
10810
0.73310
y z A A z y y z B z
y
M
M
z W I M
M
z W I σσσσ-
--+--==--
?=-
-
?-=-??==+
+
?=
+
?=??m ax 11.29M Pa A σσ==-
10-4 试求图示简支梁的最大正应力，及跨中的总挠度。已知弹性模量100P a E G =。
解：(1) 外力分析：由于集中力在横截面内与轴线垂直，故梁将发生斜弯曲。
cos 10cos159.66kN sin 10sin 15 2.59kN
y z P P P P ??======
⑵内力分析：集中力作用在跨中，故跨中横截面为危险面。
,m ax
,m ax
119.6637.245kN m
4411 2.593 1.943kN m
44
z y y z M
P l M
P l ==??=?==
??=?
⑶应力分析：跨中横截面D 2、D 1点分别具有最大的拉压应力，应力分析如图所示。 13
3
,max
,max
max
2
2
7.24510 1.94310(Pa)
110.150.200.200.15
6
6
7.245 2.591(M Pa)9.836M Pa
y z D z
y
M
M
W W σ
σ+??==+
+
=
+
????=+=2
,max
,max max 7.245 2.591(M Pa)9.836M Pa y z D z
y
M
M W W σσ-
==-
-
=--=-
（4）求梁的跨中的总挠度。
9.66kN y P =使简支梁上下弯曲，发生挠度f y ; 2.59kN z P =使简支梁前后弯曲，发
生挠度f z 。
查《教材》P .156第12栏，可知跨中的挠度 3
33
-4
3
9
3
33
-4
3
9
9.66103
10m =0.5434m m
480.150.20
48(10010)12
2.59103
2.5910m =0.259m m
480.200.15
48(10010)12
y y z
z z y
P l
f EI P l
f EI
??=
=
=?????
??=
=
=?????
故：
-4
m 0.602m m 5.434tan 2.09864.52
2.59
z y
f f f ββ=
===
=
=→=
10-5 由木材制成的矩形截面悬臂梁受力、尺寸如图所示。材料的弹性模量4
1.010M P a E =?。试：（1）求梁的最大正应力及其作用点的位置；（2）求梁的最大挠度。（3）如果截面是圆形，130m m d =，试求梁横截面的最大正应力。
3M z
解：（1）求梁的最大正应力及其作用点的位置
①外力分析，判变形。
P 1使梁发生水平面内绕y 轴转动的弯曲。P 2使梁发生铅垂平面内绕z 轴转动的弯曲。梁发生斜弯曲。
②内力分析，判危险面：
P 1 、P 2都在固定端面引起最大弯矩，固定端面为危险面。
,max
1,max 22160023200(1800()
y z M
P M P =?=?=?=?=?N m)
N m
③应力分析，判危险点，如右所示图
P 1使危险面上出现前压后拉的应力，P 2使危险面上出现上拉下压的应力。 故，固定端右截面上危险点是：前下角D 1和后上角D 2。
,m a x
,m a x
m
a
x m
a x m
a x
2
2
3200
800
Pa 14.8M Pa
110.180.09
0.090.18
6
6
y z y z M
M
W W σσσ+-
===+
=
+=????
（2）求梁的最大挠度。 查《教材》P .154第4栏，可知 3
33
23
10
333
13
10
0.8101
(3)(321)0.001524m
0.090.18
66(110)12
1.6102
0.03902m
0.180.09
33(110)12
y z
z y
P a f l a EI P l f EI
??=
-=
?-=????
??=
=
=????
故：
0.039m
0.03902tan 25.7287.77
0.001524
z y
f f f ββ=
===
=
=→=
（3）当截面是圆形时，求梁横截面的最大正应力
当截面是圆形时梁发生平面弯曲，由于截面寻找中性轴难度大，我们将两个平面的弯矩合成，是几何合成而不是代数相加。固定端面的合成弯矩为：
m ax 3298.48(N m )M =
==
?
m ax m ax 3
3298.48
Pa 15.29M 0.13
32
M W
W
σπ=
=
=
=?
11-9 简支折线梁受力如图所示，截面为25cm ×25cm 的正方形截面，试求此梁的最大正应力。
解：（1）外力分析，判变形。由对称性可知，A 、C 两处的约束反力为P/2 ，主动
力、约束反力均在在纵向对称面内，简支折线梁将发生压弯组合变形。
(2)内力分析，判危险面：从下端无限靠近B 处沿横截面将简支折线梁切开，取由右边部分为研究对象，受力如图所示。梁上各横截面上轴力为常数，B 横截面具有最大弯矩，故B 横截面为压弯组合变形危险面。
,m ax
244249.6(k 2
8cos )
2
2y P M
P N ?=
?=?=?=
?=
?
..N m)
N
(3)应力分析，判危险点，如右所示图
由于截面为矩形，而D 1 D 2是压弯组合变形的压缩边缘，故危险面上D 1 D 2边缘是出
现最大压应力。
,m a x
m a x
33
2
4
3
6
2.561109.610Pa 0.040976
3.6864M Pa 3.727M Pa
12510
2510
6
z z
M
N A
W σ
---=
+
??=
+
=+=???
11-10 水塔盛满水时连同基础总重量为G ，在离地面H 处，受一水平风力合力为P 作用，圆形基础直径为d ,基础埋深为h ，若基础土壤的许用应力[σ]=300kN/m 2，试校核基础的承载力。
kN
解：（1）外力分析，判变形。主动力、约束反力均在在纵向对称面内左右弯，基础及盛满水的水塔的重量使结构发生轴向压缩变形，而风荷载使其发生左拉右压弯曲。结构发生压弯组合变形。
(2)内力分析，判危险面：基础底部轴力、弯矩均达到最大值，故该横截面为压弯组合变形的危险面。
,max
3
15+36018108(k
610(k
y
M P
N G
=?=?=?
==?
（）N m)
N)
(3)应力分析，判危险点，如右所示图
由于截面为圆形，中性轴是左右对称的水平直径所在线上，最右边点压弯组合变形的压缩边缘将出现最大压应力。
（4）强度计算。
[]
,m a x
m a x
63
23
-
61010810
--Pa-212.21-50.93kPa263.14kPa300kPa 66
432
z
z
M
N
A W
σ
σ
ππ
-=
??
===≤=
??
11-11 试求图示具有切槽杆的最大正应力。
1kN
解：（1）外力分析，判变形。P与缺口轴线平行不重合，所以发生双向偏心拉伸。
(2)内力分析，判危险面：从缺口处沿横截面将梁切开，取由右边部分为研究对象，将集
中力作用点在端部平移到与缺口对应的形心位置，受力如图所示。可先将集中力向前水平平移2.5mm,则附加My；再将力向下平移5mm，则附加Mz。梁上各横截面上轴力、弯矩均为常数。
3
3
2.510 2.5(
5105(
1(k
y
z
M P
M P
N P
=??=?
=??=?
==
N m)
N m)
N)
(3)应力分析，判危险点，如右所示图
整个横截面上均有N引起的均布的拉应力，My引起后拉前压的弯曲应力，Mz引起上拉下
压的弯曲应力，点于D
2
点三者可以均引起拉应力，可代数相加。
622
99
1000 2.55
=Pa
51010105510
1010
66
206060M Pa140M Pa
y z
y z
M M
N
A W W
σ
-
--
++=++
????
??
=++=
11-12 矩形截面悬臂梁受力如图所示。确定固定端截面上中性轴的位置，应力分布图及1、2、3、4四点的应力值。
轴
解：（1）外力分析，判变形。5kN作用下构件在xy平面内上下弯曲；25kN作用下
构件发生轴向压缩的同时，还将在xz 平面内前后弯曲。结构将发生双向偏心压缩组合变形。
(2)内力分析，判危险面：5kN 作用下构件将使M z 在固定端面达到最大值弯矩
,m ax
50000.63000N m z M
=?=?;25kN 作用下使构件各横截面具有相同的内力，
33
25000N ,25102510
625N m y
N M
-==???=?。故该固定端横截面为偏心压缩的
危险面。 (3) 应力分析：
z M 使固定端横截面上拉下压的弯曲正应力，N 使每一点具有均匀分布的压应力，y M 使固
定端横截面前拉后压的弯曲正应力。
故，固定端截面第一象限的K 任意点的应力K σ 确定固定端截面上中性轴的位置
3
3
3
66
6
2510
3000625-+
=+
0.150.1
0.10.15
0.150.10
12
12
1.66710106.667105010y
z
K K K K K
z
y
K K
M M N y z y z A I I y z σ?=-
??-
-
?????=-?-?+?3
3
1.667106.66750063.98729.994=1
11
1115.6310
33.3410
63.987
29.994
K K K K K K K K
K
y z y z y z y z σ=--+=→-+→
+
=→
+
=-??-
应力分布图及1、2、3、4四点的应力值。
3
12
2342510
3000625++
=+
Pa 1.6678 2.5M Pa 8.83M Pa
0.150.102
0.150.1
0.10.15
6
6
+
-
1.6678
2.5M Pa
3.83M Pa
-
-
1.6678
2.5M Pa 12.17M Pa
-
+
1.66782y
z
K z y y
z
z y
y
z
z y y
z
z
y
M
M
N y A W W M
M
N A W W M
M
N A W W M
M
N A W W σσσσ?=-
-
-
?=-++=???=-=-+-==-=-+-=-=-
=--+.5M Pa 7.17M Pa
=-
11-14 图示铁路圆信号板，装在外径为D=60mm 的空心柱上。若信号板上所受的最大风载p=2000N/m 2。若许用应力[σ
]=60MPa 。应力。试按第三强度理论选择空心柱
的壁厚。
T
(N m)
(N m)
解：（1）外力分析，判变形。
风作用的合力2220000.25329.5(N )P p R ππ=?=??=与立柱的轴线异面垂直，使立柱发生弯扭变形。合力P 向立柱平移，必附加一个引起扭转的力偶，受力如图所示；平移到轴线的外力使立柱在xy 平面内前后弯曲。 (2)内力分析，判危险面：
立柱固定端达到最大值弯矩,m ax 329.50.8314N m z M =?=?; 各横截面具有相同的扭矩。立柱的固定端是危险面。
(3) 应力分析：
z M 使固定端横截面前拉后压的弯曲正应力，T 使固定端横截面产生扭转剪正应力。固
定端横截面最前a 、最后a ’两点是弯扭变形立柱的强度理论危险点。 （4）按第三强度理论选择空心柱的壁厚。
[]6
360100.912(1)
0.06(1)
32
32
r z
W D σσαπαπα=
=
=
≤=?→=-?-
内径d ：0.9120.0654.712(mm)d D α==?=
壁厚t ：6054,712
2.644(m m )2
2
D d t
--=
=
=
11-16 直径d =40mm 的实心钢圆轴，在某一横截面上的内力分量如图所示。已知此轴的许用应力 [σ]=150 MPa 。试按第四强度理论校核轴的强度。
M N =M x =
解：（1）内力分析：
轴向拉伸使横截面有轴力N ，而圆轴发生上下弯曲才会产生前后纵向对称面的M y ，而圆轴发生扭转变形才会产生力偶作用面与横截面平行的扭矩M x 。故，此圆轴发生拉弯扭组合变形。
(2) 应力分析： M y 使圆轴上下弯曲，A 、B 两点分别拥有最大的拉、压弯曲正应力；M x 使圆轴横截面上距圆心最远的周周上各点具有最大的扭转剪应力；N 圆轴横截面上各点具有大小相同的拉应力。故，A 是拉弯扭组合变形的强度理论危险点
3
3
2
4
10010
0.310
=
Pa 79.6247.77M Pa 127.39M Pa 0.04
0.04
4
32
y
A y
M
N A
W σππ??+
=
+
=+=??
3
4
0.510
=
Pa 39.81M Pa 0.04
16
x A t
M W τπ?=
=?
(3) 按第四强度理论校核轴的强度。
[]6
3144.85M Pa 15010r σσ=
==≤=?
故，强度足够。
补充：
10-1：如图10-1，A （40，50），尺寸如图，[σ]=20MPa,试求立柱的许可载荷。
[]kN
13.102102050167.10467.412
.012.06
104.012
.02.06
105.012
.02.062
2
max
≤→?=≤---=???-
???-?-
=-
-
-
=-
P P P P P P P
W M
W M
A
N z
Z
y
y
σσ
讨论：
若:[σ+]=10MPa ，[σ-]=20MPa
m ax 641.67104.167502010102.13P P P
P σσ-
-
=---??≤=?→≤??kN
m ax 641.67104.16750101088.89P P P
P σσ+
+
=-++??≤=?→≤??
k N
取较小值: []kN 89.88=P 。
y'
10-2：如图10-2，P =100kN ，A （40，50），h =1.5b ,[σ]=20MPa ,试
设计截面尺寸。
[]m ax
3
3
3
2
2
3
6
2
3
3
10010
100100.05
100100.04
11
66
66.672016102010()
y
Z
y
z
M
M
N A
W W bh
h b
b h
a b
b
b
σ
σ-
=-
-
-
?????=-
--
????=-
-
-
?≤=?
舍去轴力项,求得：0.122b ≥m , 取b=0.132m 代入(a )式
[]3
m ax 2
3
3
6
666.67201610
0.132
0.132
0.132
19.48102010
σσ-
=-
-
-
?=?≤=?
故,取b=0.132m , h=0.198m 。
图10-2设计截面尺寸
第八章组合变形构件的强度习题 一、填空题 1、两种或两种以上基本变形同时发生在一个杆上的变形,称为（）变形。 二、计算题 1、如图所示的手摇绞车，最大起重量Q=788N，卷筒直径D=36cm,两轴承间的距离l=80cm,轴的许用应力[]σ=80Mpa。试按第三强度理论设计轴的直径d。 2、图示手摇铰车的最大起重量P=1kN，材料为Q235钢，[σ]=80 MPa。试按第三强度理论选择铰车的轴的直径。 3、图示传动轴AB由电动机带动，轴长L=1.2m,在跨中安装一胶带轮，重G=5kN,半径R=0.6m,胶带紧边张力F1=6kN,松边张力F2=3kN。轴直径d=0.1m，材料许用应力[σ]=50MPa。试按第三强度理论校核轴的强度。 4、如图所示，轴上安装有两个轮子，两轮上分别作用有F=3kN及重物Q，该轴处于
平衡状态。若[σ]=80MPa。试按第四强度理论选定轴的直径d。 5、图示钢质拐轴，AB轴的长度l AB=150mm, BC轴长度l BC=140mm，承受集中载荷F 的作用，许用应力[σ]=160Mpa，若AB轴的抗弯截面系数W z=3000mm3，。试利用第三强度理论，按AB轴的强度条件确定此结构的许可载荷F。(注：写出解题过程) 6、如图所示，由电动机带动的轴上，装有一直径D=1m的皮带轮，皮带紧边张力为2F=5KN，松边张力为F=2.5KN，轮重F P=2KN，已知材料的许用应力[σ]=80Mpa，试按第三强度理论设计轴的直径d。 7、如图所示，有一圆杆AB长为l，横截面直径为d，杆的一端固定，一端自由，在自由端B处固结一圆轮，轮的半径为R，并于轮缘处作用一集中的切向力P。试按第三强度理论建立该圆杆的强度条件。圆杆材料的许用应力为[σ]。
10-3 试求图示[16a 简支梁由于自重作用所产生的最大正应力及同一截面上AB 两点的正应力。 q 解：(1)查表可矩[16a 的理论重量为17.24kg/m ，故该梁重均布载荷的集度为172.4N/m 。截面关于z 轴对称，而不关于y 轴称，查表可得： 3 6 46 4 0108cm 10810 , 73.3cm 0.73310 m ,63m m =0.063m , 1.8cm =0.018m z y W I b z --==?==?== ⑴外力分析： cos 172.4cos 20162.003/sin 172.4sin 2058.964/y z q q N m q q N m ??====== ⑵内力分析：跨中为危险面。 3 2 ,m ax 32 ,m ax 11162.003 4.2357.217881158.964 4.2130.01688 z y y z M q l N m M q l N m ==??=?== ??=? ⑶应力分析：A 、B 点应力分析如图所示。A 点具有最大正应力。 ,m ax ,m ax m ax 6 6 ,m ax ,m ax m ax 06 6 357.217130.016(0.0630.018)11.29M P a 10810 0.73310357.217130.016 0.018 6.50M P a 10810 0.73310 y z A A z y y z B z y M M z W I M M z W I σσσσ- --+--==-- ?=- - ?-=-??==+ + ?= + ?=??m ax 11.29M Pa A σσ==-
第八章组合变形 8.1 组合变形和叠加原理 一、组合变形的概念 1. 简单基本变形：拉、压、剪、弯、扭。 2. 组合变形：由两种或两种基本变形的组合而成的变形。 例如：烟囱、传动轴、吊车梁的立柱等。 烟囱：自重引起轴向压缩+ 水平方向的风力而引起弯曲； 传动轴：在齿轮啮合力的作用下，发生弯曲+ 扭转 立柱：荷载不过轴线，为压缩= 轴向压缩+ 纯弯曲
P h g 水坝 q P h g 二、组合变形的计算方法 1. 由于应力及变形均是荷载的一次函数，所以采用叠加法计算组合变形的应力和变形。 2. 求解步骤
①外力分解和简化 ②内力分析——确定危险面。 ③应力分析：确定危险面上的应力分布，建立危险点的强度条件。 §8.2 斜弯曲 一、 斜弯曲的概念 1. 平面弯曲：横向力通过弯曲中心，与一个形心主惯性轴方向平行,挠曲线在纵向对称面内。 2. 斜弯曲：横向力通过弯曲中心，但不与形心主惯性轴平行挠曲线不位于外力所在的纵向平面内。 二、斜弯曲的应力计算 1. 外力的分解 对于任意分布横向力作用下的梁，先将任意分布的横向力向梁的两相互垂直的形心主惯性矩平面分解，得到位于两形心主惯性矩平面内的两组力。位于形心主惯性平面内的每组外力都使梁发生平面弯曲。如上所示简支梁。 2. 内力计算 形心主惯性平面 xOy 内所有平行于y 轴的外力将引起横截面上的弯矩z M ，按弯曲内力的计算方法可以列出弯矩方程z M 或画出z M 的弯矩图。同样，形心主惯性平面xOz 内所有平行于z M 矩方程y M 或画出其弯矩图。 合成弯矩：2 Z 2y M M M += 合成弯矩矢量M 与y 轴的夹角为： y z M M tan =? 以上弯矩z M 和y M 均取绝对值计算， 由力偶的矢量表示法可知，合成弯矩M 3. 计算 x
第八章 组合变形及连接部分的计算 习题解 [习题8-1] 14号工字钢悬臂梁受力情况如图所示。已知m l 8.0=，kN F 5.21=， kN F 0.12=，试求危险截面上的最大正应力。 解：危险截面在固定端，拉断的危险点在前上角点，压断的危险点在后下角，因钢材的拉压 性能相同，故只计算最大拉应力： 式中，z W ，y W 由14号工字钢，查型钢表得到3 102cm W z =，3 1.16cm W y =。故 MPa Pa m m N m m N 1.79101.79101.168.0100.11010228.0105.2363 63363max =?=???+?????=--σ [习题8-2] 受集度为 q 的均布荷载作用的矩形截面简支梁，其荷载作用面与梁的纵向对称面间的夹角为 030=α，如图所示。已知该梁材料的弹性模量 GPa E 10=；梁的尺寸为 m l 4=，mm h 160=，mm b 120=；许用应力MPa 12][=σ；许用挠度150/][l w =。试校核梁的强度和刚度。
解：（1）强度校核 )/(732.1866.0230cos 0m kN q q y =?== （正y 方向↓） )/(15.0230sin 0m kN q q z =?== （负z 方向←） )(464.34732.181 8122m kN l q M y zmaz ?=??== 出现在跨中截面 )(24181 8122m kN l q M z ymaz ?=??== 出现在跨中截面 )(51200016012061 61322mm bh W z =??== )(3840001201606 1 61322mm hb W y =??== 最大拉应力出现在左下角点上： y y z z W M W M max max max + = σ MPa mm mm N mm mm N 974.1138400010251200010464.33 636max =??+??=σ 因为 MPa 974.11max =σ，MPa 12][=σ，即：][max σσ< 所以 满足正应力强度条件，即不会拉断或压断，亦即强度上是安全的。 （2）刚度校核 =
第十一章组合变形(习题解答)
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
10-3 试求图示[16a 简支梁由于自重作用所产生的最大正应力及同一截面上AB 两点的正应力。 (-) (-) (-) q q y 4.2m C φ o =20 (+) (+ ) ( +) q q z A B 解：(1)查表可矩[16a 的理论重量为17.24kg/m ，故该梁重均布载荷的集度为172.4N/m 。截面关于z 轴对称，而不关于y 轴称，查表可得： 364 6 4 0108cm 10810, 73.3cm 0.73310m ,63mm =0.063m , 1.8cm =0.018m z y W I b z --==?==?== ⑴外力分析： cos 172.4cos 20162.003/sin 172.4sin 2058.964/y z q q N m q q N m ??======o o ⑵内力分析：跨中为危险面。 32,max 32,max 11 162.003 4.2357.21788 11 58.964 4.2130.01688 z y y z M q l N m M q l N m ==??=?==??=? ⑶应力分析：A 、B 点应力分析如图所示。A 点具有最大正应力。 ,max ,max max 66 ,max ,max max 066 357.217130.016 (0.0630.018)11.29MPa 108100.73310 357.217130.016 0.018 6.50MPa 108100.73310y z A A z y y z B z y M M z W I M M z W I σσσ σ- --+ --==- -?=--?-=-??==+ + ?= +?=??max 11.29MPa A σσ==-
组合变形练习题 一、选择 1、应用叠加原理的前提条件是：。 A：线弹性构件； B：小变形杆件； C：线弹性、小变形杆件； D：线弹性、小变形、直杆； 2、平板上边切h/5，在下边对应切去h/5，平板的强度。 A：降低一半； B：降低不到一半； C：不变； D：提高了； 3、AB杆的A处靠在光滑的墙上，B端铰支，在自重作用下发生变形， AB杆发生变形。 A：平面弯曲 B：斜弯； C：拉弯组合； D：压弯组合； 4、简支梁受力如图：梁上。 A：AC段发生弯曲变形、CB段发生拉弯组合变 形 B：AC段发生压弯组合变形、CB段发生弯曲变形 C：两段只发生弯曲变 形 D：AC段发生压弯组合、CB段发生拉弯组合变形 5、图示中铸铁制成的压力机立柱的截面中，最合理的是。
6、矩形截面悬臂梁受力如图，P2作用在梁的中间截面处，悬臂梁根部截面上的最大应力为：。 A:σ max =(M y 2+M z 2)1/2/W B：σ max =M y /W y +M Z /W Z C：σ max =P 1 /A+P 2 /A D：σ max =P 1 /W y +P 2 /W z 7、塑性材料制成的圆截面杆件上承受轴向拉力、弯矩和扭矩的联合作用，其强度条件是。 A：σ r3 =N/A+M/W≤|σ| B:σ r3 =N/A+(M2+T2)1/2/W≤|σ| C:σ r3 =[(N/A+M/W)2+(T/W)2]1/2≤|σ| D:σ r3 =[(N/A)2+(M/W)2+(T/W)2]1/2≤|σ| 8、方形截面等直杆，抗弯模量为W，承受弯矩M，扭矩T，A点处正应力为σ，剪应力为τ，材料为普通碳钢，其强度条件为：。 A：σ≤|σ|，τ≤|τ| ； B: (M2+T2)1/2/W≤|σ| ； C：(M2+0.75T2)1/2/W≤|σ|； D：(σ2+4τ2)1/2≤|σ| ； 9、圆轴受力如图。该轴的变形为： A：AC段发生扭转变形，CB段发生弯曲变形 B：AC段发生扭转变形，CB段发生弯扭组合变形 C：AC段发生弯扭组合变形，CB段发生弯曲变形
- 1 - 第八章组合变形构件的强度习题答案 一、填空题 1、组合 二、计算题 1、解：317888010157.610(N m m 4M =???=??3 36 78810141.8410(N m m 2 T =? ?=?? 3 3 80 0.10.1r d d
σ = = ≤ 解得 d ≥30mm 2 、解：(1 轴的计算简图 画出铰车梁的内力图： 险截面在梁中间截面左侧, P T P M 18. 02. 0max
== (2 强度计算第三强度理论:( ([]σπσ ≤+= += 2 2 3 2 2 3 18. 02. 032 P P d W T M Z r [] (
( ( ( mm m d 5. 320325. 010 118. 01012. 010 8032 10 118. 01012. 032 3 2 3 2 3 6 3 2 3 2
3 ==??+????= ??+??≥ πσπ 所以绞车的轴的最小直径为32.5mm 。 3、解： - 2 - m kN 8. 1? m kN 2. 4? （1）外力分析，将作用在胶带轮上的胶带拉力F 1、F 2向轴线简化，结果如图b ．传动轴受竖向主动力： kN 1436521=++=++=F F G F ，此力使轴在竖向平面内弯曲。附加力偶为： ((m kN 8. 16. 03621?=?-=-=R F F M e ，此外力偶使轴发生变形。 故此轴属于弯扭组合变形。（2）内力分析 分别画出轴的扭矩图和弯矩图如图（c ）、（d ）危险截面上的弯矩m kN 2. 4?=M ，扭矩m kN 8. 1?=T （3）强度校核
组合变形 1试分别求出图示不等截面杆的绝对值最大的正应力，并作比较。 解题思路： （1）图（a ）下部属偏心压缩，按式（12-5）计算其绝对值最大的正应力，要正确计算式中 的弯曲截面系数； （2）图（b ）是轴向压缩，按式（8-1）计算其最大正应力值； （3）图（a ）中部属偏心压缩，按式（12-5）计算其绝对值最大的正应力，要正确计算式中 的弯曲截面系数。 答案：2a 34)(a F =σ，2 b )(a F =σ，2 c 8)(a F =σ 2某厂房一矩形截面的柱子受轴向压力1F 和偏心荷载2F 作用。已知kN 1001=F ， kN 452=F ，偏心距mm 200=e ，截面尺寸mm 300,mm 180==h b 。 （1）求柱内的最大拉、压应力；（2）如要求截面内不出现拉应力，且截面尺寸b 保持不变，此时h 应为多少？柱内的最大压应力为多大？ 解题思路： （1）立柱发生偏心压缩变形（压弯组合变形）； （2）计算立柱I-I 截面上的内力（轴力和弯矩）； （3）按式（12-5）计算立柱截面上的最大拉应力和最大压应力，要正确计算式中的弯曲截 面系数；
（4）将b 视为未知数，令立柱截面上的最大拉应力等于零，求解b 并计算此时的最大压应 力。 答案：（1）MPa 648.0max t =σ，MPa 018.6max c =σ （2）cm 2.37=h ，MPa 33.4max c =σ 3旋转式起重机由工字钢梁AB 及拉杆BC 组成，A 、B 、C 三处均可简化为铰链约束。起重 荷载kN 22P =F ，m 2=l 。已知MPa 100][=σ，试选择AB 梁的工字钢型号。 解题思路： （1）起重荷载移动到AB 跨中时是最不利情况； （2）研究AB 梁，求BC 杆的受力和A 支座的约束力。AB 梁发生压弯组合变形； （3）分析内力（轴力和弯矩），确定危险截面； （4）先按弯曲正应力强度条件（12-27）设计截面，选择AB 梁的工字钢型号； （5）再按式（10-2）计算危险截面的最大应力值，作强度校核。 答案：选16.No 工字钢 4图示圆截面悬臂梁中，集中力P1F 和P 2F 分别作用在铅垂对称面和水平对称面内，并且垂直 于梁的轴线。已知N 800P1=F ，kN 6.1P2=F ，m 1=l ，许用应力MPa 160][=σ，试确定截面直径d 。 解题思路： （1）圆截面悬臂梁发生在两个互相垂直平面上的平面弯曲的组合变形； （2）分析弯矩y M 和z M ，确定危险截面及计算危险截面上的y M 和z M 值； （3）由式（10-15）计算危险截面的总弯矩值； （4）按弯曲正应力强度条件（12-27）设计截面，确定悬臂梁截面直径d 。 答案：mm 5.59≥d 5功率kW 8.8=P 的电动机轴以转速min /r 800=n 转动，胶带传动轮的直径mm 250=D
组合变形 基 本 概 念 题 一、选择题 1. 偏心压缩时，截面的中性轴与外力作用点位于截面形心的两侧，则外力作用点到 形心的距离e 和中性轴到形心距离d 之间的关系是（ ）。 A ．e = d B ．e ＞d C ．e 越小，d 越大 D ．e 越大，d 越小 2.三种受压杆件如图所示，设 杆1、杆2和杆3中的最大压应力(绝 对值)分别用1max σ、2max σ、 3max σ表示，则（ ）。 A ．1max σ=2max σ=3max σ B ．1max σ＞2max σ=3max σ C ．2max σ＞1max σ=3max σ D ．2max σ＜1max σ=3max σ 题2图 3.在图示杆件中，最大压应力发生在截面上的（ ）。 A ．A 点 B ．B 点 C ．C 点 D ．D 点 题3图 题4图 4. 铸铁杆件受力如图4所示，危险点的位置是（ ）。 A ．①点 B ．②点 C ．⑧点 D ．④点 5. 图示正方形截面直柱，受纵向力P 的压缩作用。则当P 力作用点由A 点移至B 点时柱内最大压应力的比值()max A σ﹕()max B σ为( )。 A ．1﹕2 B ．2﹕5 C ．4﹕7 D ．5﹕2 6. 图示矩形截面偏心受压杆件发生的变形为（ ）。 A ．轴向压缩和平面弯曲组合 B ．轴向压缩，平面弯曲和扭转组合 C ．轴向压缩，斜弯曲和扭转组合 D ．轴向压缩和斜弯曲组合 -41-
题5图 题6图 7. 图所示悬臂梁的横截面为等边角钢，外力P 垂直于梁轴，其作用线与形心轴 y 垂直，那么该梁所发生的变形是（ ）。 A ．平面弯曲 B ．扭转和斜弯曲 C ．斜弯曲 D ．两个相互垂直平面(xoy 平面和xoz 平面)内的平面弯曲 题7图 8. 图示正方形截面杆受弯扭组合变形，在进行强度计算时，其任一截面的危 险点位置有四种答案，正确的是( )。 A ．截面形心 B ．竖边中点A 点 C ．横边中点B 点 D ．横截面的角点D 点 题8图 题9图 9. 图示正方形截面钢杆，受弯扭组合作用，若已知危险截面上弯矩为M ，扭 矩为T ，截面上A 点具有最大弯曲正应力σ和最大剪应力τ，其抗弯截面模量为W 。关于A 点的强度条件是（ ）。 A ．σ≤[σ]，τ≤[τ] B ．W T M 2122)(+≤[σ] C ．W T M 2122)75.0(+≤[σ] D ．122)3(τσ+≤[σ] 10. 折杆危险截面上危险点的应力状态是图中的（ ）。 -42-
第十章 组合变形 10-2 图a 所示板件，b =20mm ， =5mm ，载荷F = 12 kN ，许用应力[] = 100 MPa ， 试求板边切口的允许深度x 。 题10-2图 解：在切口处切取左半段为研究对象（图b ），该处横截面上的轴力与弯矩分别为 F F =N )(a b F M -= (a) 显然， 2 22x b x b a -=-= (b) 将式(b)代入式(a)，得 2 Fx M = 切口段处于弯拉组合受力状态，该处横截面上的最大拉应力为 2 2N max 432(2a)6 22a Fx a F Fx a F W M A F δδδδσ+ =+=+= 根据强度要求，在极限情况下， ][4322 σδδ=+a Fx a F 将式(b)与相关数据代入上式，得 01039.61277.042=?+--x x 由此得切口的允许深度为 m m 20.5=x
10-3 图示矩形截面钢杆，用应变片测得上、下表面的纵向正应变分别为a ε=×10 -3 与b ε=×10-3 ，材料的弹性模量E =210GPa 。试绘横截面上的正应力分布图，并求拉力F 及其偏心距e 的数值。 题10-3图 解：1.求a σ和b σ 截面的上、下边缘处均处于单向受力状态，故有 MPa 84Pa 104.010210 MPa 210Pa 100.1102103 9 39=???===???==--b b a a E εσE εσ 偏心拉伸问题，正应力沿截面高度线性变化，据此即可绘出横截面上的正应力分布图，如图10-3所示。 图10-3 2．求F 和e 将F 平移至杆轴线，得 Fe M F F ==，N 于是有 a z a E εW Fe A F σ=+= E εW Fe A F σz b =-= 代入相关数据后，上述方程分别成为 26250240=+Fe F 10500240=-Fe F
第八章 组合变形构件得强度习题 一、填空题 1、两种或两种以上基本变形同时发生在一个杆上得变形,称为( )变形。 二、计算题 1、如图所示得手摇绞车,最大起重量Q =788N,卷筒直径D =36cm ,两轴承间得距离l =80cm ,轴得许用应力=80Mpa 。试按第三强度理论设计轴得直径d 。 2、图示手摇铰车得最大起重量P =1kN,材料为Q 235钢,[σ]=80 MPa 。试按第三强度理论选择铰车得轴得直径。 3、图示传动轴AB 由电动机带动,轴长L =1、2m ,在跨中安装一胶带轮,重G =5kN,半径R =0、6m ,胶带紧边张力F 1=6kN ,松边张力F 2=3kN 。轴直径d =0、1m,材料许用应力[σ]=50MPa 。试按第三强度理论校核轴得强度。 kN 8.1? kN 2.4? 4、如图所示,轴上安装有两个轮子,两轮上分别作用有F =3kN 及重物Q ,该轴处于平衡状态。若[σ]=80MPa 。试按第四强度理论选定轴得直径d 。
5、图示钢质拐轴, AB轴得长度l AB=150mm, BC轴长度l BC=140mm,承受集中载荷F得作用,许用应力[σ]=160Mpa,若AB轴得抗弯截面系数W z=3000mm3,。试利用第三强度理论,按AB轴得强度条件确定此结构得许可载荷F。(注:写出解题过程) 6、如图所示,由电动机带动得轴上,装有一直径D=1m得皮带轮,皮带紧边张力为2F=5KN,松边张力为F=2、5KN,轮重F P=2KN,已知材料得许用应力[σ]=80Mpa,试按第三强度理论设计轴得直径d。 7、如图所示,有一圆杆AB长为l,横截面直径为d,杆得一端固定,一端自由,在自由端B处固结一圆轮,轮得半径为R,并于轮缘处作用一集中得切向力P。试按第三强度理论建立该圆杆得强度条件。圆杆材料得许用应力为[σ]。
知识点11：组合变形 一、组合变形 １．杆件同时发生两种或两种以上的基本变形时，称为组合变形。 ２．计算组合变形问题，是以杆件发生“小变形”为前提，在此条件下，不同基本变形所引起的应力和变形，各自独立，互不影响，可以应用叠加原理。即先根据各内力分量分别计算杆件在每一种基本变形下的应力和变形，再把计算结果叠加，得到杆件在原载荷作用下的应力和变形。 二、 斜弯曲 １．当梁所受到的横向力不在梁的主惯性平面内时，梁将发生斜弯曲。斜弯曲是梁在其两个主惯性平面内弯曲的组合变形。 2．对于圆形、正方形等截面梁，其截面对两个主惯性轴的惯性矩相等，不会发生斜弯曲。 3．当梁的载荷不通过截面的弯曲中心时，除斜弯曲外，梁还发生扭转变形。 4．图11-1所示矩形截面悬臂梁受横向力Ｆ作用，把力Ｆ沿y 轴和z 轴分解，梁将在xy 和xz 两个主惯性平面内弯曲。 图11-1 xy 平面内的弯曲应力： y I M z z = 'σ xz 平面内的弯曲应力： z I M y y = ''σ 组合变形（斜弯曲）的应力： z I M y I M y y z z +=''+'=σσσ 5．斜弯曲的中性轴方程
0=+z I M y I M y y z z 中性轴通过截面形心，但和载荷作用平面不垂直。距中性轴最远的点处正应力最大。 6．斜弯曲时梁的弯曲平面和载荷作用平面不在同一平面，但弯曲平面和中性轴相垂直。 三、拉伸（压缩）与弯曲的组合 1．杆件受拉伸（压缩）与弯曲组合时，弯曲变形的中性轴位置将偏移。 2. 杆在拉伸（压缩）与弯曲的组合变形时，分别计算拉伸（压缩）正应力和弯曲正应力，叠加后进行强度计算。 3．拉伸（压缩）时，横截面的正应力： A N N =σ 弯曲时，横截面的最大拉压正应力： W M M ± =σ 拉伸（压缩）与弯曲的组合，横截面的最大拉压正应力： W M A N ±=σ 4．杆件受偏心拉伸（压缩）时，其截面上存在称为截面核心的区域，当偏心轴向力作用在截面核心内时，截面上只产生拉应力（或压应力）。截面核心在工程上有很大的意义。 四、圆杆的弯曲与扭转组合变形 1．当圆杆发生两面弯曲与扭转的组合变形时，不能求出两个平面弯曲的最大正应力后，进行叠加得到圆杆的最大正应力，而应先求出两平面弯曲的合成弯矩，再求其最大弯曲正应力。 2. 图11-2为受弯曲与扭转组合变形构件危险点的应力状态，图中 弯曲正应力： W M = σ 扭转切应力： P W Mz =τ
组合变形 一、判断题 1.斜弯曲区别与平面弯曲的基本特征是斜弯曲问题中荷载是沿斜向作用的。( ) 2.斜弯曲时，横截面的中性轴是通过截面形心的一条直线。( ) 3.梁发生斜弯曲变形时，挠曲线不在外力作用面内。( ) 4.正方形杆受力如图1所示，A点的正应力为拉应力。( ) 图 1 5. 上图中，梁的最大拉应力发生在B点。( ) 6. 图2所示简支斜梁，在C处承受铅垂力F的作用，该梁的AC段发生压弯组合变形，CB段发生弯曲变形。( ) 图 2 7.拉（压）与弯曲组合变形中，若不计横截面上的剪力则各点的应力状态为单轴应力。( ) 8.工字形截面梁在图3所示荷载作用下，截面m--m上的正应力如图3（C）所示。( )
图 3 9. 矩形截面的截面核心形状是矩形。( ) 10.截面核心与截面的形状与尺寸及外力的大小有关。( ) 11.杆件受偏心压缩时，外力作用点离横截面的形心越近，其中性轴离横截面的形心越远。( ) 12.计算组合变形的基本原理是叠加原理。（） 二、选择题 1.截面核心的形状与（）有关。 A、外力的大小 B、构件的受力情况 C、构件的截面形状 D、截面的形心 2.圆截面梁受力如图4所示，此梁发生弯曲是（） 图 4 A、斜弯曲 B、纯弯曲 C、弯扭组合 D、平面弯曲 三、计算题 1.矩形截面悬臂梁受力F1=F，F2=2F，截面宽为b，高h=2b，试计算梁内的最大拉应力，并在图中指明它的位置。
图 5 2.图6所示简支梁AB上受力F=20KN，跨度L=2.5m，横截面为矩形，其高h=100mm,宽b=60mm，若已知α=30°，材料的许用应力[σ]=80Mpa,试校核梁的强度。 3.如图7所示挡土墙，承受土压力F=30KN，墙高H=3m，厚0.75m，许用压应力[σ]ˉ=1 Mpa，许用拉应力[σ]﹢=0.1 Mpa，墙的单位体积重量为 ，试校核挡土墙的强度。 图 6 图 7 4.一圆直杆受偏心压力作用，其偏心矩e=20mm,杆的直径d=70mm,许用应力[σ]=120Mpa,试求此杆容许承受的偏心压力F之值。 5.如图8所示,短柱横截面为2a×2a的正方形,若在短柱中间开一槽,槽深为a,问最大应力将比不开槽时增大几倍?
第十一章组合变形 2.5 组合变形 一、教学目标 1、掌握组合变形的概念。 2、掌握斜弯曲、弯扭、拉（压）弯、偏心拉伸（压缩）等组合变形形式的概念和区分、危险截面和危险点的确定、应力计算、强度计算、变形计算、中性轴的确定等。 3、正确区分斜弯曲和平面弯曲。 4、了解截面核心的概念、常见截面的截面核心计算。 二、教学内容 1、讲解组合变形的概念及组合变形的一般计算方法：叠加法。 2、举例介绍斜弯曲和平面弯曲的区别。 3、讲解斜弯曲的应力计算、中性轴位置的确定、危险点的确立、强度计算、变形计算。 4、讲解弯曲和扭转组合变形内力计算，确定危险截面和危险点，强度计算。 5、讲解拉伸(压缩)和弯曲组合变形的危险截面和危险点分析、强度计算。 6、讲解偏心拉伸(压缩)组合变形的危险截面和危险点分析、应力计算、强度计算。 7、简单介绍截面核心的概念和计算。 三、重点难点 重点：斜弯曲、弯扭、拉（压）弯、偏心拉伸（压缩）等组合变形形式的应力和强度计算。 难点： 1、解决组合变形问题最关键的一步是将组合变形分解为两种或两种以上的基本变形： 斜弯曲——分解为两个形心主惯性平面内的平面弯曲；
弯曲和扭转组合变形——分解为平面弯曲和扭转； 拉伸（压缩）和弯曲组合变形——分解为轴向拉伸（压缩）和平面弯曲（因剪力较小通常忽略不计）； 偏心拉伸（压缩）组合变形——单向偏心拉伸（压缩）时，分解为轴向拉伸（压缩）和一个平面弯曲，双向偏心拉伸（压缩）时，分解为轴向拉伸（压缩）和两个形心主惯性平面内的平面弯曲。 2、组合变形的强度计算，可归纳为两类： ⑴危险点为单向应力状态：斜弯曲、拉（压）弯、偏心拉伸（压缩）组合变形的强度计算时只需求出危险点的最大正应力并与材料的许用正应力比较即可； ⑵危险点为复杂应力状态：弯扭组合变形的强度计算时，危险点处于复杂应力状态，必须考虑强度理论。 四、教学方式 采用启发式教学，通过提问，引导学生思考，让学生回答问题。 五、学时:2学时 六、讲课提纲 (一)斜弯曲 斜弯曲梁的变形计算 仍以矩形截面的悬臂梁为例：
第八章 组合变形构件的强度习题答案 一、填空题 1、组合 二、计算题 1、解：31 7888010157.610(N mm)4M =???=?? 336 78810141.8410(N mm)2T =??=?? 33 800.1r d σ= =≤ 解得 d ≥30mm 2 、解：(1) 轴的计算简图 画出铰车梁的内力图： 险截面在梁中间截面左侧,P T P M 18.02.0max == (2) 强度计算 第三强度理论:() ()[]σπσ≤+=+= 2 2 322318.02.032 P P d W T M Z r []()()()() mm m d 5.320325.010118.01012.010 8032 10118.01012.032 3 2 32 36 32 32 3==??+????=??+??≥πσπ 所以绞车的轴的最小直径为32.5mm 。 3、解：
m kN 8.1? m kN 2.4? （1）外力分析，将作用在胶带轮上的胶带拉力F 1、F 2向轴线简化，结果如图b ． 传动轴受竖向主动力： kN 1436521=++=++=F F G F ， 此力使轴在竖向平面内弯曲。 附加力偶为： ()()m kN 8.16.03621?=?-=-=R F F M e ， 此外力偶使轴发生变形。 故此轴属于弯扭组合变形。 （2）内力分析 分别画出轴的扭矩图和弯矩图如图（c ）、（d ） 危险截面上的弯矩m kN 2.4?=M ，扭矩m kN 8.1?=T （3）强度校核 ()() []σπσ≤=??+?= += MPa W T M Z r 6.4632 1.0108.110 2.43 2 32 32 23 故此轴满足强度要求。 4、解：1）外力分析 kN F Q Q F 625 .01==∴?=?Θ 2）内力分析，做内力图
组合变形 、判断题 1?斜弯曲区别与平面弯曲的基本特征是斜弯曲问题中荷载是沿斜向作用的。() 2.斜弯曲时，横截面的中性轴是通过截面形心的一条直线。() 3.梁发生斜弯曲变形时，挠曲线不在外力作用面内。() 4?正方形杆受力如图1所示，A点的正应力为拉应力。() 5.上图中，梁的最大拉应力发生在B点。() 6.图2所示简支斜梁，在C处承受铅垂力F的作用，该梁的AC段发生压弯组合变形，CB段发生弯曲变形。() 7.拉(压)与弯曲组合变形中，若不计横截面上的剪力则各点的应力状态为单轴应力。() 8.工字形截面梁在图3所示荷载作用下，截面m--m上的正应力如图3 (C)所示。
() 4
图3 9. 矩形截面的截面核心形状是矩形。() 10. 截面核心与截面的形 状与尺寸及外力的大小有关。 () 11?杆件受偏心压缩时，外力作用点离横截面的形心越近，其中性轴离横截面的 形心越远。() 12.计算组合变形的基本原理是叠加原理。() 二、选择题 1.截面核心的形状与()有关。 A 、外力的大小B 、构件的受力情况 C 、构件的截面形状 D 、截面的形心 2?圆截面梁受力如图4所示，此梁发生弯曲是() A 、 斜弯曲 B 、 纯弯曲 C 、弯扭组合 ⑹ ⑹ 血
D、平面弯曲 三、计算题 1?矩形截面悬臂梁受力F仁F, F2=2F,截面宽为b,高h=2b，试计算梁内的最大拉应力，并在图中指明它的位置。 2?图6所示简支梁AB上受力F=20KN跨度L=2.5m,横截面为矩形，其高h=100mm, 宽b=60mm,若已知a =30；材料的许用应力[c]=80Mp试校核梁的强度。 3.如图7所示挡土墙，承受土压力F=30KN墙高H=3m,厚0.75m，许用压应力 [c] - =1 MP许用拉应力[丹二Mpa,墙的单位体积重量为m问沪,试校核挡土墙的强度。 4
习 题 [8-1] 14号工字钢悬臂梁受力情况如图所示。已知m l 8.0=，kN F 5.21=， kN F 0.12=，试求危险截面上的最大正应力。 解：危险截面在固定端，拉断的危险点在前上角点，压断的危险点在后下角，因 钢材的拉压性能相同，故只计算最大拉应力： y z y y z z W l F W l F l F W M W M 211max 2++? =+= σ 式中，z W ，y W 由14号工字钢，查型钢表得到3102cm W z =，31.16cm W y =。故 MPa Pa m m N m m N 1.79101.79101.168.0100.11010228.0105.2363 63363max =?=???+?????=--σ [8-2] 矩形截面木檩条的跨度m l 4=，荷载及截面尺寸如图所示，木材为杉木，弯曲许用正应力MPa 12][=σ，GPa E 9=，许可挠度200/][l w =。试校核檩条的强度和刚度。
图 习题?-2 8 解：（1）受力分析 )/(431.13426cos 6.1cos '0m kN q q y ===α )/(716.03426sin 6.1sin '0m kN q q z ===α (2)内力分析 )(432.14716.081 8122max ,m kN l q M z y ?=??=== )(864.24432.18 1 8122max ,m kN l q M y z ?=??=== （3）应力分析 最大的拉应力出现在跨中截面的右上角点，最大压应力出现在左下角点。 z z y y W M W M max ,max ,max + = + σ 式中，32 232266*********mm hb W y ≈?== 32 24693336 1601106mm bh W z ≈?== MPa mm mm N mm mm N 54.1046933310864.232266710432.13 636max =??+??=+ σ （4）强度分析 因为MPa 54.10max =+σ，MPa 12][=σ，即][max σσ<+，所以杉木的强度足够。 （5）变形分析 最大挠度出现在跨中，查表得： z y cy EI l q w 38454 = ，y z cz EI l q w 38454 =
第十一章组合变形 一、教学目标 1、掌握组合变形的概念。 2、掌握斜弯曲、弯扭、拉（压）弯、偏心拉伸（压缩）等组合变形形式的概念和区分、危险截面和危险点的确定、应力计算、强度计算、变形计算、中性轴的确定等。 3、正确区分斜弯曲和平面弯曲。 4、了解截面核心的概念、常见截面的截面核心计算。 二、教学内容 1、讲解组合变形的概念及组合变形的一般计算方法：叠加法。 2、举例介绍斜弯曲和平面弯曲的区别。 3、讲解斜弯曲的应力计算、中性轴位置的确定、危险点的确立、强度计算、变形计算。 4、讲解弯曲和扭转组合变形内力计算，确定危险截面和危险点，强度计算。 5、讲解拉伸(压缩)和弯曲组合变形的危险截面和危险点分析、强度计算。 6、讲解偏心拉伸(压缩)组合变形的危险截面和危险点分析、应力计算、
强度计算。 7、简单介绍截面核心的概念和计算。 三、重点难点 重点：斜弯曲、弯扭、拉（压）弯、偏心拉伸（压缩）等组合变形形式的应力和强度计算。 难点： 1、解决组合变形问题最关键的一步是将组合变形分解为两种或两种以上的基本变形： 斜弯曲——分解为两个形心主惯性平面内的平面弯曲； 弯曲和扭转组合变形——分解为平面弯曲和扭转； 拉伸（压缩）和弯曲组合变形——分解为轴向拉伸（压缩）和平面弯曲（因剪力较小通常忽略不计）； 偏心拉伸（压缩）组合变形——单向偏心拉伸（压缩）时，分解为轴向拉伸（压缩）和一个平面弯曲，双向偏心拉伸（压缩）时，分解为轴向拉伸（压缩）和两个形心主惯性平面内的平面弯曲。 2、组合变形的强度计算，可归纳为两类： ⑴危险点为单向应力状态：斜弯曲、拉（压）弯、偏心拉伸（压缩）组合变形的强度计算时只需求出危险点的最大正应力并与材料的许用正应力比较即可；
第11章组合变形杆件的强度和刚度 11-1选择题 1. 如图所示的矩形截面柱，受F P1和F P2力作用，将产生（C）的 组合变形。 A. 弯曲和扭转 B. 斜弯曲 C. 压缩和弯曲 D. 压缩和扭转 题1图 2、叠加原理的适用条件构件必须是（C）。 A.线弹性杆件 B.小变形杆件 C.线弹性、小变形杆件 D. 线弹性、小变形直杆
3、同时发生两种或两种以上的基本变形称为（）其强度计算方法的依据是（B ）。 A.复杂变形截面法 B.组合变形叠加原理 C.组合变形平衡条件D都.不对 4 在图示刚架中，( B) 段发生拉弯组合变形。 题4图
5 图示槽型截面梁，C点为截面形心，若该梁横力弯曲时外力的作用面为纵向 平面a-a，则该梁的变形状态为( C ) 。 A.平面弯曲 B.斜弯曲 C.平面弯曲+扭转 D.斜弯曲+扭转 6.截面核心的形状与（C）有关。 A、外力的大小 B、构件的受力情况 C、构件的截面形状 D、截面的形心 7．下列构件中，属于拉（压）弯组合变形的是（B）。 A．钻削中的钻头B．车削中的车刀 C．拧紧螺母时的螺杆D．工作中的带传动轴
8．如图所示，AB杆产生的变形是（B）。 A．拉伸与扭转的组合B．拉伸与弯曲的组合 C．扭转与弯曲的组合D．压缩与弯曲的组合 题8图 9．如图所示结构，其中AD杆发生的变形为（C）。 A．弯曲变形B．压缩变形 C．弯曲与压缩的组合变形D．弯曲与拉伸的组合变形
题9图 10.下列构件中，属于“扭弯”组合变形的是（D）。 A．钻削中的钻头B．车削中的车刀 C．拧紧螺母时的螺杆D．镗削中的刀杆 11-2 矩形截面悬臂梁受力如图所示，P1作用在梁的竖向对称平面内，P2作 用在梁的水平对称平面内，F1、F2的作用线均与梁的轴线垂直，已知F 1 =2kN、 F 2=lkN，l 1 =lm，l 2 =2m，b=12cm，h=18cm，材料的容许正应力[σ]=10MPa，试校
8-2 人字架及承受的荷载如图所示。试求m-m 截面上的最大正应力和A 点的正应力。 m 解：（1）外力分析，判变形。由对称性可知，A 、C 两处的约束反力为P/2 ，主动力、约束反力均在在纵向对称面内，简支折将发生压弯组合变形。引起弯曲的分力沿y 轴，中性轴z 过形心与对称轴y 轴垂直。 截面关于y 轴对称，形心及惯性矩 1122123 122 32 8444 A A 20010050200100(100100) 125A +A 200100+200100 200100200100(12550)12100200100200(300125100)12 3.0810 3.0810C z z z y y y I I I -+??+??+= ==???=+=+??-?++??--=?=?mm mm m (2)内力分析，判危险面：沿距B 端300毫米的m-m 横截面将人字架切开，取由左边部分为研究对象，受力如图所示。梁上各横截面上轴力为常数： ,m-m 250(1.80.3sin )(1.80.3202.5(k 22250cos =100(k ) 22y N P M P F ??= ?-=?-=?=?=N m) N (3)应力分析，判危险点，如右所示图 ①m-m 截面上边缘既有比下边缘较大的弯曲压应力，还有轴力应力的压应力，故该面上边缘是出现最大压应力。
m m max 33410010202.510(0.30.125)(Pa) 2.5115.06MPa 117.56MPa 2(0.20.1) 3.0810 N z F M y A I σ ---= +?-??=-?-=--=-???上② A 点是压缩区的点，故 m m 334 10010202.510(0.30.1250.1)(Pa) 2.549.31MPa 51.83MPa 2(0.20.1) 3.0810N a a z F M y A I σ--= +?-??=-?--=--=-???注意：最大拉应力出现在下边缘 m m max 3 3 4 10010202.510 0.125(Pa) 2.582.18MPa 79.68MPa 2(0.20.1) 3.0810N z F M y A I σ ---=+?-??= +?=-+=???下 8-3 图示起重机的最大起吊重量为W=35kN ，横梁AC 由两根NO.18槽钢组成。 材料为Q235，许用应力[σ]=120MPa 。试校核横梁的强度。 (a ) Ay (b) 解：〈1〉外力分析：外力在纵向对称面内与轴斜交，故梁AC 发生压弯组合变形。对C 取矩BA 杆所受拉力为： 70(3.5) ()0sin 30 3.535(3.5)070203.5 C AB AB x m F F x F x ?-=→?-?-=→= -∑=kN 2〉内力分析： 轴力、弯矩均是x 的函数
第12章组合变形的强度计算 主要知识点：（1）弯曲与拉伸（压缩）组合变形的强度计算； （2）弯曲与扭转组合变形的强度计算。 1. 试判断图中杆AB、BC和CD各产生哪些基本变形？ 答：如图12-1a所示，将力F平移到B点，可知图中杆AB 产生弯曲变形； 如图12-1b所示，将力F平移到C点，可知杆BC产生 压缩和弯曲组合变形; 如图12-1c所示，杆CD产生（横力）弯曲变形。 a) b) c) 图12-1 2. 若在正方形截面短柱的中间处开一个槽，如图所示，使横截面面积减少为原截面面积的一半。试求最大正应力比不开槽时增大几倍？ 解：正方形短柱截面不开槽时最大正应力 2 04a F A F= = σ 正方形短柱截面开槽时，BC段受偏心压缩，偏心距e=0.5a， 抗弯截面系数3/3a W Z =，最大正应力 2 3 2 1 max 2 3 5.0 2a F a a F a F W Fe A F Z = ? + = + = σ max σ/8 = σ，所以开槽后最大正应力比不开槽时增大7倍。 3.如图所示的支架，已知载荷F=45kN，作用在C处，支架材料的许用应力 [] a MP 160 = σ，试选择横梁AC的工字钢型号。 解：（1）外力分析 作ABC梁的受力图，如图12-3a所示。 平衡方程 30 sin ,0 ) (0 1 = ? - ? = ∑ = AC F AB F F M B n i i A
图12-3 解得kN F B 120=。由受力图可知，梁的AB 段为拉伸与弯曲的组合变形，而BC 段为弯曲变形。 (2)内力分析，确定危险截面的位置 AB 段受到拉力，kN F F B N 10430cos 0==，作出图12-3b 所示轴力图。 梁的AB 段、BC 段剪力均为常数，弯矩图均为斜直线，算得m kN M B ?-=45，作出图12-3c 所示弯矩图。故危险截面是B -截面，即B 截面左侧。 危险截面上的轴力kN F N 104=、弯矩m kN M B ?-=45 (3)应力分析，确定危险点的位置 危险截面上拉伸正应力A F N =1σ，弯曲正应力y I M Z max 2=σ（见图12-3d ）。根据危险截面上的应力分布规律可知，危险点在危险截面的上侧边缘。其最大应力值为 Z N W M A F max max +=σ (4)强度计算 因危险点的应力为单向应力状态，所以其强度条件为 []σσ≤?+?=+=Z Z N W A W M A F 33max max 104510104a MP 160= (a) 因上式中有截面面积A 和抗弯截面系数W Z 两个未知量，故要用试凑法求解。用这种方法求解时，可先不考虑轴力N F 的影响，仅按弯曲强度条件初步选择槽钢的型号，然后再按(a)式进行校核。由 []a Z Z P W W M 63max max 101601045?=≤?==σσ 得336328110 1601045cm m W Z =??≥。查表得22a 工字钢3309cm W Z =，代入(a)式进行校核