一、弯曲梁的正应力强度计算 1、当材料的拉压强度相等时

第7章弯曲应力引言前一章讨论了梁在弯曲时的内力——剪力和弯矩。

但是，要解决梁的弯曲强度问题，只了解梁的内力是不够的，还必须研究梁的弯曲应力，应该知道梁在弯曲时，横截面上有什么应力，如何计算各点的应力。

在一般情况下，横截面上有两种内力——剪力和弯矩。

由于剪力是横截面上切向内力系的合力，所以它必然与切应力有关；而弯矩是横截面上法向内力系的合力偶矩，F时，就必然有切应力τ；所以它必然与正应力有关。

由此可见，梁横截面上有剪力Q有弯矩M时，就必然有正应力 。

为了解决梁的强度问题，本章将分别研究正应力与切应力的计算。

弯曲正应力纯弯曲梁的正应力由前节知道，正应力只与横截面上的弯矩有关，而与剪力无关。

因此，以横截面上只有弯矩，而无剪力作用的弯曲情况来讨论弯曲正应力问题。

在梁的各横截面上只有弯矩，而剪力为零的弯曲，称为纯弯曲。

如果在梁的各横截面上，同时存在着剪力和弯矩两种内力，这种弯曲称为横力弯曲或剪切弯曲。

例如在图7-1所示的简支梁中，BC段为纯弯曲，AB段和CD段为横力弯曲。

分析纯弯曲梁横截面上正应力的方法、步骤与分析圆轴扭转时横截面上切应力一样，需要综合考虑问题的变形方面、物理方面和静力学方面。

图7-1变形方面为了研究与横截面上正应力相应的纵向线应变，首先观察梁在纯弯曲时的变形现象。

为此，取一根具有纵向对称面的等直梁，例如图7-2(a)所示的矩形截面梁，并在梁的侧面上画出垂直于轴线的横向线m-m、n-n和平行于轴线的纵向线d-d、b -b 。

然后在梁的两端加一对大小相等、方向相反的力偶e M ，使梁产生纯弯曲。

此时可以观察到如下的变形现象。

纵向线弯曲后变成了弧线''a a 、''b b , 靠顶面的aa 线缩短了，靠底面的bb 线伸长了。

横向线m -m 、n -n 在梁变形后仍为直线，但相对转过了一定的角度，且仍与弯曲了的纵向线保持正交，如图7-2(b)所示。

梁内部的变形情况无法直接观察，但根据梁表面的变形现象对梁内部的变形进行如下假设：(1) 平面假设 梁所有的横截面变形后仍为平面．且仍垂直于变形后的梁的轴线。

梁的应力计算公式全部解释应力是材料受力时产生的内部力，它是描述材料内部抵抗外部力的能力的物理量。

在工程领域中，计算材料的应力是非常重要的，可以帮助工程师设计和选择合适的材料，以确保结构的安全性和稳定性。

梁的应力计算公式是计算梁在受力时产生的应力的公式，它可以帮助工程师了解梁在不同条件下的应力情况，从而进行合理的设计和分析。

梁的应力计算公式是由弹性力学理论推导而来的，它可以根据梁的几何形状、受力情况和材料性质来计算梁的应力。

在工程实践中，梁的应力计算公式通常包括弯曲应力、剪切应力和轴向应力三种类型的应力。

下面将分别对这三种类型的应力计算公式进行详细解释。

1. 弯曲应力计算公式。

梁在受到外部力的作用时，会产生弯曲应力。

弯曲应力是由于梁在受力时产生的弯曲变形所引起的，它可以通过以下公式进行计算：σ = M c / I。

其中，σ表示梁的弯曲应力，单位为N/m^2；M表示梁的弯矩，单位为N·m；c表示梁截面内的距离，单位为m；I表示梁的惯性矩，单位为m^4。

弯曲应力计算公式可以帮助工程师了解梁在受力时产生的弯曲应力大小，从而进行合理的设计和分析。

在工程实践中，通常会根据梁的几何形状和受力情况选择合适的弯曲应力计算公式进行计算。

2. 剪切应力计算公式。

梁在受到外部力的作用时，会产生剪切应力。

剪切应力是由于梁在受力时产生的剪切变形所引起的，它可以通过以下公式进行计算：τ = V Q / (I b)。

其中，τ表示梁的剪切应力，单位为N/m^2；V表示梁的剪力，单位为N；Q 表示梁的截面偏心距，单位为m；I表示梁的惯性矩，单位为m^4；b表示梁的截面宽度，单位为m。

剪切应力计算公式可以帮助工程师了解梁在受力时产生的剪切应力大小，从而进行合理的设计和分析。

在工程实践中，通常会根据梁的几何形状和受力情况选择合适的剪切应力计算公式进行计算。

3. 轴向应力计算公式。

梁在受到外部力的作用时，会产生轴向应力。

轴向应力是由于梁在受力时产生的轴向变形所引起的，它可以通过以下公式进行计算：σ = N / A。

《钢结构设计规范》（GB50017—2003）学习指导第四章 受弯构件的计算§4.1 强度计算 一 规范原文4.1.1 在主平面内受弯的实腹构件（考虑腹板屈曲后强度者参见本规范第4.4.1条），其抗弯强度应按下列规定计算：f W M W M nyy y nx x x≤+γγ （4.1.1）式中 M x 、M y ——同一截面处绕x 轴和y 轴的弯矩（对工字形截面：x 轴为强轴，y轴为弱轴）；W nx 、W ny ——对x 轴和y 轴的净截面模量；x γ、y γ——截面塑性发展系数；对工字形截面，05.1=x γ，20.1=y γ；对箱形截面,05.1==y x γγ；对其他截面，可按表5.2.1采用；f ——钢材的抗弯强度设计值。

当梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于y f /23513而不超过y f /23515时，应取0.1=x γ，y f 为钢材牌号所指屈服点。

对需要计算疲劳的梁，宜取0.1==y x γγ。

4.1.2 在主平面内受弯的实腹构件（考虑腹板屈曲后强度者参见本规范第4.4.1条），其抗剪强度应按下式计算：v wf It VSr ≤=（4.1.2） 式中 V ——计算截面沿腹板平面作用的剪力；S ——计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩；I ——毛截面惯性矩； t w ——腹板厚度；f v ——钢材的抗剪强度设计值。

4.1.3 当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载，且该荷载处又未设置支承加劲肋时，腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下式计算：f l t Fzw c ≤=ψσ （4.1.3-1）式中 F ——集中荷载，对动力荷载应考虑动力系数；ψ——集中荷载增大系数；对重级工作制吊车梁，35.1=ψ；对其他梁，0.1=ψ；l z ——集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度，按下式计算： R y z h h a l 25++= （4.1.3-2） a ——集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对钢轨上的轮压可取50mm ； h y ——自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离； h R ——轨道的高度，对梁顶无轨道的梁h R =0； f ——钢材的抗压强度设计值。

外力偶矩传动轴所受的外力偶矩通常不是直接给出，而是根据轴的转速n与传递的功率P 来计算。

当功率P单位为千瓦（kW），转速为n（r/min）时，外力偶矩为当功率P单位为马力（PS），转速为n（r/min）时，外力偶矩为2.5.2切应力计算公式横截面上某一点切应力大小为-12) Ip式中Ip为该截面对圆心的极惯性矩，为欲求的点至圆心的距离。

圆截面周边上的切应力为式中RTWt (3-13) 称为扭转截面系数，R为圆截面半径。

2.5.3 切应力公式讨论（1）切应力公式（3-12）和式（3-13）适用于材料在线弹性范围内、小变形时的等圆截面直杆；对小锥度圆截面直杆以及阶梯形圆轴亦可近似应用，其误差在工程允许范围内。

（2）极惯性矩Ip和扭转截面系数Wt是截面几何特征量，计算公式见表3-3。

在面积不变情况下，材料离散程度高，其值愈大；反映出轴抵抗扭转破坏和变形的能力愈强。

因此，设计空心轴比实心轴更为合理。

表3-32.5.4强度条件圆轴扭转时，全轴中最大切应力不得超过材料允许极限值，否则将发生破坏。

因此，强度条件为axTmax(3-14) 对等圆截面直杆Wt（3-15）式中为材料的许用切应力。

3.1.1中性层的曲率与弯矩的关系1MEIz(3-16)式中，是变形后梁轴线的曲率半径；E是材料的弹性模量；IE是横截面对中性轴Z轴的惯性矩。

3.1.2横截面上各点弯曲正应力计算公式My IZ(3-17)式中，M是横截面上的弯矩；IZ的意义同上；y是欲求正应力的点到中性轴的距离最大正应力出现在距中性轴最远点处（3-18）式中，IzymaxMmaxMax称为抗弯截面系数。

对于的矩形截面，；对于直径为D6的圆形截面，32D3；对于内外径之比为d的环形截面，。

D32若中性轴是横截面的对称轴，则最大拉应力与最大压应力数值相等，若不是对称轴，则最大拉应力与最大压应力数值不相等。

3.2梁的正应力强度条件梁的最大工作应力不得超过材料的容许应力，其表达式为（3-19）Mmax对于由拉、压强度不等的材料制成的上下不对称截面梁（如T字形截面、上下不等边的工字形截面等），其强度条件应表达为σlmax=σymax=Mmaxy1≤[σt] IzMmaxy2≤[σc] Iz （3-20a）（3-20b）式中，[σt],[σc]分别是材料的容许拉应力和容许压应力；y1,y2分别是最大拉应力点和最大压应力点距中性轴的距离。

梁的弯曲正应力计算公式应在()范围内使用
摘要：
一、引言
二、梁的弯曲正应力计算公式
三、使用范围及注意事项
四、总结
正文：
一、引言
梁是工程中常见的一种构件，其弯曲正应力计算是工程设计中的重要环节。

为了保证梁的安全性能，需要对梁的弯曲正应力进行准确计算。

二、梁的弯曲正应力计算公式
梁的弯曲正应力计算公式为：
σ= M*y/I
其中，σ为正应力，M 为弯矩，y 为距离中心轴线的距离，I 为抗弯截面系数。

三、使用范围及注意事项
1.使用范围：该公式适用于梁的弯曲正应力计算，只要已知梁的弯矩、距离中心轴线的距离以及抗弯截面系数，就可以使用该公式进行计算。

2.注意事项：在实际应用中，需要根据梁的具体情况进行合理假设和简化，例如假设梁为简支梁或固定梁，以简化计算过程。

同时，需要注意材料的特性和边界条件的设定，以保证计算结果的准确性。

四、总结
梁的弯曲正应力计算公式是工程设计中常用的公式，只要正确使用，就能有效保证梁的安全性能。

6-3、图示矩形截面梁受集中力作用，试计算1-1横截面上a 、b 、c 、d 四点的正应力。

解：（1）外力分析，判变形。

荷载在纵向对称面内，与轴线垂直，梁发生平面弯曲。

中性轴z 轴过形心C 与载荷垂直，沿水平方向。

（2）内力分析，弯矩图如图（b ）所示，1-1横截面的弯矩为：1115230(M -=-⨯=-⋅kN m)（3）应力分析，梁上边有弯矩图，上侧纤维受拉。

1-1横截面上的a 点处于拉伸区，正应力为正；c 点处于中性层上，正应力为零；b 、d 两点处于压缩区，正应力为负。

3111111max2301011.1110.1800.36a a zzzM M M y y I I W σ---⨯=⋅=⋅===⨯⨯Pa MPa 。

11.11b a σσ=-=-MPa0c σ= 31133010(0.1500.050)7.4110.1800.312d d zM y I σ-⨯=-⋅=-⨯-=-⨯⨯Pa MPa37M kN V 图(kN)(a)(c)(b)(c)(e)(d)2+q l /8MkN ·m)(f)(b)180q题6-3图 题6-5图6-5、两根矩形截面简支木梁受均布荷载q 作用，如图所示。

梁的横截面有两种情况，一是如图(b)所示是整体，另一种情况如图(c)所示是由两根方木叠合而成（二方木间不加任何联系且不考虑摩擦）。

若已知第一种情况整体时梁的最大正应力为10MPa ，试计算第二种情况时梁中的最大正应力，并分别画出危险截面上正应力沿高度的分布规律图示。

解：（1）外力分析，判变形。

荷载在纵向对称面内，与轴线垂直，梁发生平面弯曲。

第一种情况中性层为过轴线的水平纵向面，中性轴z 轴过整体形心C 与载荷垂直，沿水平方向。

而第二种情况，两根木梁以各自的水平纵向面为中性层发生弯曲，两根中性轴为与荷载垂直的水平形心主轴。

如图所示。

（2）内力分析，判危险面：弯矩图如图（b ）所示，跨中截面为危险面。

第6章弯曲应力教学目的：在本章的学习中要求熟练掌握梁纯弯曲时横截面上正应力计算公式的推导过程，理解推导过程中所作的假设。

掌握中性层、中性轴等基本概念和含义。

弯曲正应力和剪应力强度条件的建立和相应的计算。

理解横力弯曲正应力计算仍用纯弯曲公式的条件和近似程度。

从弯曲强度条件出发，掌握提高弯曲强度的若干措施。

教学重点：纯弯曲梁横截面上正应力公式的分析推导；横力弯曲横截面上正应力的计算，最大拉应力和最大压应力的计算；弯曲的强度计算；弯曲横截面上的剪应力。

教学难点：弯曲正应力、剪应力推导过程和结果以及弯曲中心的概念。

教具：多媒体。

教学方法：采用启发式教学，通过提问，引导学生思考，让学生回答问题。

教学内容：梁纯弯曲和横力弯曲时横截面上的正应力；梁横力弯曲时横截面上的切应力；提高弯曲强度的若干措施。

教学学时：6学时。

教学提纲：6.1 梁的纯弯曲1、几个基本概念（1）平面弯曲和弯曲中心变形后梁轴线的位移方向沿着加载方向的弯曲情况，称为平面弯曲。

怎样加载才能产生平面弯曲？若梁的横截面有对称平面时，载荷必须作用在对称平面内，才能发生平面弯曲。

若梁的横截面没有对称平面时，载荷的作用线必须通过截面的弯曲中心。

什么叫弯曲中心？当载荷的作用线通过横截面上某一点特定点时，杆件只产生弯曲而无扭转。

这样的特定点称为弯曲中心。

关于弯曲中心位置的确定及工程上常见图形的弯曲中心位置。

①具有两个对称轴或反对称的截面，如工字形、圆形、圆环形、空心矩形截面等，弯曲中心与形心（两对称轴的交点）重合，如图(a),(b),(c)所示。

②具有一个对称轴的截面，如槽形和T形截面，弯曲中心必在对称轴上，如图(d)、(e)所示。

③如果截面是由中线相交于一点的几个狭长矩形所组成，如L形或T形截面，则此交点就是弯曲中心，如图(e)、(f)所示。

④不对称实心截面的弯曲中心靠近形心。

这种截面在荷载作用线通过形心时也将引起扭转，但由于这种截面的抗扭刚度很大，弯曲中心与形心又非常靠近，故通常不考虑它的扭转影响。