第6章 杆件应力应变分析(建筑力学)

工程力学中的杆件受力分析和应力分布工程力学是研究物体在受力作用下的力学行为及其工程应用的学科。

在工程力学中，对于杆件的受力分析和应力分布是非常重要的内容。

杆件是指在力的作用下只能沿着轴向伸缩的直细长构件，通常用来承受拉力或压力。

在本文中，我们将探讨杆件受力分析的方法以及应力分布的计算方式。

一、杆件受力分析在杆件受力分析中，主要考虑的是杆件所受的外力作用以及杆件内部所存在的支反力。

首先，我们需要明确杆件所受的外力有哪些类型。

常见的外力包括拉力、压力、剪力和扭矩等。

在分析杆件受力时，我们通常采用自由体图的方法，即将杆件与其它部分分开，将作用在该部分上的所有外力和内力用矢量图表示出来。

对于杆件受力分析，我们需要应用平衡条件，即受力平衡和力矩平衡条件。

受力平衡条件要求受力杆件在平衡状态下，合力为零，合力矩为零。

力矩平衡条件要求受力杆件在平衡状态下，合力矩为零。

通过应用这些平衡条件，我们可以得到杆件内部的支反力以及所受外力的大小和方向。

二、应力分布计算一旦我们确定了杆件所受的外力以及杆件内部的支反力，接下来我们需要计算杆件上的应力分布情况。

应力是指杆件某一截面上内部单位面积上所承受的力的大小。

常见的应力类型有拉应力、压应力和剪应力等。

在杆件内部，由于受力的存在，会导致杆件内部存在正应力和剪应力。

正应力是指作用在截面上的力沿截面法线方向的分量，而剪应力是指作用在截面上的力沿截面切线方向的分量。

根据杆件破坏的准则，我们通过计算截面上的应力分布来评估杆件的强度是否满足要求。

在计算杆件的应力分布时，一种常用的方法是应用梁弯曲理论。

根据梁弯曲理论，我们可以通过计算杆件的弯矩和截面形状来确定截面各点上的应力分布。

杆件的弯矩可以通过受力分析和力矩平衡条件来计算，而截面形状可以通过测量或者根据设计参数确定。

另外，我们还可以利用有限元分析方法来计算杆件的应力分布。

有限元分析是一种数值计算方法，通过将复杂的结构分解为许多小的单元，然后通过数值模拟的方式来计算每个单元上的应力分布。

工程力学中的应力和应变分析工程力学是应用力学原理解决工程问题的学科，它研究物体受外力作用下的力学性质。

应力和应变是工程力学中的重要概念，它们对于分析材料的强度和变形特性具有重要意义。

本文将就工程力学中的应力和应变进行详细分析。

一、应力分析应力是指物体单位面积上的内部分子间相互作用力。

根据作用平面的不同，可以分为法向应力和剪切应力两种。

1. 法向应力法向应力是指力作用垂直于物体某一截面上的应力。

根据物体受力状态的不同，可以分为拉应力和压应力两种。

- 拉应力拉应力是指作用于物体截面上的拉力与截面面积的比值。

拉应力的计算公式为：σ = F/A其中，σ表示拉应力，F表示作用力，A表示截面面积。

- 压应力压应力是指作用于物体截面上的压力与截面面积的比值。

压应力的计算公式与拉应力类似。

2. 剪切应力剪切应力是指作用在物体截面上切向方向上的力与截面面积的比值。

剪切应力的计算公式为：τ = F/A其中，τ表示剪切应力，F表示作用力，A表示截面面积。

二、应变分析应变是指物体由于外力的作用而产生的形变程度。

根据变形情况，可以分为线性弹性应变和非线性应变。

1. 线性弹性应变线性弹性应变是指物体在小应力下，应变与应力成正比，且随应力消失而恢复原状的应变现象。

线性弹性应变的计算公式为：ε = ΔL/L其中，ε表示线性弹性应变，ΔL表示物体的长度变化，L表示物体的原始长度。

2. 非线性应变非线性应变是指物体在较大应力下，应变与应力不再呈线性关系的应变现象。

非线性应变的计算公式较为复杂，需要根据具体情况进行分析。

三、应力和应变的关系应力和应变之间存在一定的关系，常用的关系模型有胡克定律和杨氏模量。

1. 胡克定律胡克定律是描述线性弹性材料的应力和应变之间关系的基本模型。

根据胡克定律，拉应力和拉应变之间的关系可以表示为：σ = Eε其中，σ表示拉应力，E表示弹性模量，ε表示拉应变。

2. 杨氏模量杨氏模量是描述材料抵抗拉伸或压缩变形能力的物理量。

工程力学中的杆件和梁的应力分析工程力学是工程学科的重要分支之一，它研究物体在受力作用下的力学性质。

在工程实践中，杆件和梁是常见的结构构件，其应力分析是工程设计和计算的基础。

本文将从杆件和梁的应力分析角度探讨工程力学中的相关知识。

一、杆件的应力分析杆件是一种细长的结构构件，承受轴向力的作用。

在杆件的静力学中，应力是一个重要参数，用于描述杆件内部受力的强度和稳定性。

杆件的应力可以分为正应力和切应力。

1. 正应力正应力是指垂直于杆件截面的作用力在该截面上的单位面积，通常用σ表示。

正应力的计算可以使用公式：σ = F / A其中，F为作用力的大小，A为截面积。

正应力可以分为拉应力和压应力两种情况。

当作用力沿着杆件的轴向，方向与截面的法线方向一致时，称为拉应力。

拉应力是正值，表示杆件受拉的状态。

当作用力沿着杆件的轴向，方向与截面的法线方向相反时，称为压应力。

压应力是负值，表示杆件受压的状态。

2. 切应力切应力是指杆件截面上作用力的切向力与该截面上的单位面积之比，通常用τ表示。

切应力的计算可以使用公式：τ = F / A其中，F为作用力的大小，A为截面积。

切应力主要存在于杆件的连接部分，例如螺纹连接、焊接连接等。

切应力会引起杆件的剪切变形和破坏，需要在设计过程中加以考虑。

二、梁的应力分析梁是一种用于承受弯曲力的结构构件，具有横截面的特点。

在梁的应力分析中，主要考虑的是弯矩和截面弯曲应力。

1. 弯矩弯矩是指作用在梁上的力对其产生的弯曲效应。

在工程实践中，梁通常是直线形状，因此弯矩在横截面上呈现出分布的特点。

弯矩可以通过力学平衡和弹性力学原理进行计算。

弯矩的大小与力的大小和作用点的位置有关，计算公式为：M = F * d其中，M为弯矩，F为作用力的大小，d为作用点到梁的某一端的距离。

2. 截面弯曲应力截面弯曲应力是指由于弯曲效应，在梁的横截面上产生的应力。

截面弯曲应力的大小与弯矩和横截面的几何形状有关，计算可以使用弯曲应力公式进行。

杆件受力变形和应力分析杆件受力变形和应力分析是工程力学中的一个重要内容，它们揭示了杆件在受到外力作用时的变形和内部应力分布情况，对结构的设计和计算具有重要意义。

本文将从杆件受力变形和应力分析的原理、常见方法和应用等方面进行详细阐述。

在进行杆件受力变形和应力分析时，通常可以采用以下方法：1.静力学方法：静力学方法是一种基于平衡方程的分析方法，通过分析杆件所受外力的平衡条件，求解杆件内部的应力分布。

其中常用的方法有力的分解、转矩平衡、杆件的变形和应力分析、杆件的受力等。

2.变形分析方法：变形分析方法是通过计算杆件在受力过程中的变形情况来求解杆件的应力分布。

常用的方法有杆件的伸长、缩短、弯曲和扭转等。

3.应力分析方法：应力分析方法是通过计算杆件内部的应力分布来确定杆件的受力状态。

常用的方法有拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转等。

以上方法是进行杆件受力变形和应力分析的基本方法，它们可以单独应用，也可以相互配合使用。

杆件受力变形和应力分析的应用非常广泛，特别是在结构工程中。

例如，在桥梁工程中，通过对桥梁杆件的受力变形和应力分析，可以确定桥梁的结构安全性和稳定性。

在建筑工程中，通过对建筑结构杆件的受力变形和应力分析，可以确定建筑物的结构强度和刚度。

此外，在机械工程、航空航天工程、汽车工程等领域，杆件受力变形和应力分析也被广泛应用。

总之，杆件受力变形和应力分析是工程力学领域中的基础内容，对于结构的设计和计算具有重要意义。

通过正确的受力变形和应力分析，可以确定杆件的受力状态和结构性能，为工程实践提供可靠的理论依据。

第六章 杆类构件的内力分析6.1。

（a ）（b ）题6.1图解：（a ）应用截面法：对题的图取截面2-2以下部分为研究对象，受力图如图一所示：BM图一图二由平衡条件得：0,AM=∑6320N F ⨯-⨯=解得： N F =9KN CD 杆的变形属于拉伸变形。

应用截面法，取题所示截面1-1以右及2-2以下部分作为研究对象，其受力图如图二所示，由平衡条件有：0,OM=∑6210N F M ⨯-⨯-=（1）0,yF=∑60N S F F --=（2）将N F =9KN 代入（1）-（2）式，得： M =3 kN·m S F =3 KN AB 杆属于弯曲变形。

（b ）应用截面法 ，取1-1以上部分作为研究对象，受力图如图三所示，由平衡条件有：0,Fx =∑20NF-=图三MNF =2KN0,DM=∑210M -⨯= M =2KNAB 杆属于弯曲变形 6.2题6.2图解：首先根据刚体系的平衡条件，求出AB 杆的内力。

刚体1的受力图如图一所示D2m图一图二平衡条件为：0,CM=∑104840D N F F ⨯-⨯-⨯=（1） 刚体2受力图如图二所示，平衡条件为：0,EM=∑240N D F F ⨯-⨯= （2）解以上两式有AB 杆内的轴力为：N F =5KN6.3（a ）（c ）题6.3图解：（a ） 如图所示，解除约束，代之以约束反力，做受力图，如图1a 所示。

利用静力平衡条件，确定约束反力的大小和方向，并标示在图1a 中，作杆左端面的外法线n ，将受力图中各力标以正负号，轴力图是平行于杆轴线的直线，轴力图线在有轴向力作用处要发生突变，突变量等于该处总用力的数值，对于正的外力，轴力图向上突变，对于负的外力，轴力图向下突变，轴力图如2a 所示，截面1和截面2上的轴力分别为1N F =-2KN 2N F =-8KN ，n （b 2 （面N F题6.4图解（a ）如图所示，分别沿1-1，2-2截面将杆截开，受力图如1a 所示，用右手螺旋法则，并用平衡条件可分别求得：1T =16 kN·m 2T =-20 kN·m ，根据杆各段扭矩值做出扭矩图如2a 所示。

理论力学中的杆件受力分析与应力计算杆件在力学中是一种常见的结构元件，广泛应用于工程领域。

在使用杆件的过程中，对其受力分析与应力计算是十分重要的，这有助于了解杆件的工作状态和承受外部力的能力。

在理论力学中，杆件的受力分析和应力计算是相互关联的，通过分析杆件上的受力情况可以计算出其内部所受的应力。

一、杆件受力分析杆件在受力时一般会存在拉力、压力和剪力等力的作用，为了分析杆件上的受力情况，我们首先需要了解以下几个概念：1. 内力：杆件内部产生的相互作用力被称为内力，包括拉力、压力和剪力等。

内力可以分为轴向力、弯矩和剪力三种类型。

2. 外力：杆件受到的外部施加的力被称为外力，可以分为集中力和分布力。

集中力是沿杆件轴线方向的作用力，可以通过杆件两端的连接点传递；分布力是沿杆件长度方向分布的作用力。

3. 杆件端点的支座条件：杆件连接点的支座条件可以分为固定支座、铰接支座和滑动支座。

固定支座可以防止杆件端点的位移和旋转；铰接支座只能防止位移，而滑动支座只能防止垂直位移。

通过分析杆件上的受力情况，可以得出杆件内部所受的内力大小和方向。

具体的受力分析方法包括静力平衡方程和弹性力学原理等。

二、应力计算杆件在受力时会发生变形，产生应力。

应力是指杆件内力对杆件截面积的比值，常用符号表示为σ。

杆件所受的应力可以分为轴向应力、剪应力和弯曲应力。

1. 轴向应力：杆件受到拉力或压力时，在截面上会产生轴向应力。

轴向应力可以通过杆件所受的轴向力与截面面积的比值来计算，即σ= F/A，其中F为轴向力，A为截面面积。

2. 剪应力：杆件在受到剪力时会产生剪应力。

剪应力可以通过杆件所受的剪力与截面面积的比值来计算，即τ = V/A，其中V为剪力，A 为截面面积。

3. 弯曲应力：杆件在受到弯矩作用时会产生弯曲应力。

弯曲应力可以通过弯矩对截面矩型模量的比值来计算，即σ_b = M/W，其中M为弯矩，W为截面矩型模量。

根据杆件所受的外力和材料的性质，可以计算出杆件所受的内力和应力。

第6章 杆件的应力与强度计算6.1 轴向拉压杆的应力与强度计算6.1.1 应力的概念为了分析内力在截面上的分布情况，从而对杆件的强度进行计算，必须引入应力的概念。

图6-1（a ）所示的受力体代表任一受力构件。

pc)F图6-1由于截面上内力的分布一般不是均匀的，所以平均应力m p 与所取小面积A ∆的大小有关。

令A ∆趋于零，取极限0limA Fp A∆→∆=∆ (b)6.1.2轴向拉压杆横截面上的应力拉压杆横截面上的内力为轴力N F ，与轴力N F 对应的应力为正应力σ。

NF Aσ=(6-1) 式（6-1）就是轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式。

6.1.3轴向拉压杆的强度条件 1.强度条件材料所能承受的应力值有限，它所能承受的最大应力称为该材料的极限应力，用u σ表示。

材料在拉压时的极限应力由试验确定。

为了使材料具有一定的安全储备，将极限应力除以大于1的系数n ，作为材料允许承受的最大应力值，称为材料的许用应力，以符号[]σ表示，即u []nσσ=(6-2)式中n 称为安全系数。

为了确保拉压杆不致因强度不足而破坏，应使其最大工作应力max σ不超过材料的许用应力，即Nmax F Aσ=≤[]σ (6-3) 2.强度条件的三方面应用(1) 强度校核：杆件的最大工作应力不应超过许用应力，即Nmax F Aσ=≤[]σ (2) 选择截面尺寸 ： 由强度条件式（6-3），可得A ≥N[]F σ 式中A 为实际选用的横截面积，(3) 确定许用荷载： 由强度条件可知，杆件允许承受的最大轴力N []F 的范围为N F ≤[]A σ6.2材料在轴向拉压时的力学性质在计算拉压杆的强度与变形时，要涉及材料的极限应力u σ和弹性模量E 等，这些反映材料在受力过程中所表现出的有关性质，统称为材料的力学性质。

6.2.1低碳钢在拉伸时的力学性质1．拉伸图与应力-应变曲线将试件装入试验机的夹头后启动机器，使试件受到从零开始缓慢增加的拉力F 作用，试件在标距l 长度内产生相应的变形l ∆。