第三章 剪切实用计算

第3章 剪切和挤压的实用计算3.1 剪切的概念在工程实际中，经常遇到剪切问题。

剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)，构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(面)发生相对错动(图n m -3-1b)。

图3-1工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。

构件剪切面上的内力可用截面法求得。

将构件沿剪切面假想地截开，保n m -留一部分考虑其平衡。

例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切的内力(图3-1c)的作用。

称为剪力，根据平衡方程，可求Q F Q F ∑=0Y 得。

F F Q =剪切破坏时，构件将沿剪切面(如图3-la 所示的面)被剪断。

只有一个剪切面的n m -情况，称为单剪切。

图3-1a 所示情况即为单剪切。

受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。

在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力，而只是给出了主要的受力和内力。

实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。

工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。

3.2 剪切和挤压的强度计算3.2.1 剪切强度计算剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。

图3-2a 为一种剪切试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。

当载荷增大至破坏载荷时，试件在剪切面及处被剪断。

这种F b F m m -n n -具有两个剪切面的情况，称为双剪切。

由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为2FF Q =图3-2由于受剪构件的变形及受力比较复杂，剪切面上的应力分布规律很难用理论方法确定，因而工程上一般采用实用计算方法来计算受剪构件的应力。

在这种计算方法中，假设应力在剪切面内是均匀分布的。

第三章剪切的实用计算剪切是一种常见的加工方法，广泛应用于各种行业和领域。

在进行剪切操作时，我们需要进行一些实用计算，以确保操作的准确性和效率。

本章将详细介绍剪切的实用计算，包括切割长度计算、剪切速度计算和剪切力计算。

一、切割长度计算切割长度是指在一次剪切操作中需要切割的物料长度。

切割长度的计算对于节约材料和提高生产效率非常重要。

切割长度的计算公式为：切割长度=切削点间距×剪切次数其中，切削点间距是指相邻两个切割点之间的长度，剪切次数是指需要进行多少次剪切操作。

例如，其中一种物料需要在切割点间距为10厘米的情况下，进行5次剪切操作。

则切割长度为：切割长度=10厘米×5次=50厘米二、剪切速度计算剪切速度是指物料在剪切操作中的移动速度。

剪切速度的计算对于控制剪切过程非常重要，可以保证切割的准确性和质量。

剪切速度的计算公式为：剪切速度=切割长度/剪切时间其中，切割长度是指上一节中计算得出的切割长度，剪切时间是指完成一次剪切操作所需要的时间。

例如，其中一种物料的切割长度为50厘米，完成一次剪切操作需要5秒。

则剪切速度为：剪切速度=50厘米/5秒=10厘米/秒三、剪切力计算剪切力是指剪切刃对物料产生的力量。

剪切力的计算对于选择合适的剪切机械和工具非常重要。

剪切力的计算公式为：剪切力=物料厚度×剪切长度×材料抗拉强度其中，物料厚度是指需要剪切的物料的厚度，剪切长度是指上一节中计算得出的切割长度，材料抗拉强度是指物料抵抗剪切力的能力。

例如，其中一种物料的厚度为1毫米，切割长度为50厘米，材料抗拉强度为500兆帕。

则剪切力为：四、其他注意事项除了上述的实用计算外，进行剪切操作时还需要注意以下几个问题：1.选择合适的工具和设备：根据要剪切的物料类型和尺寸，选择合适的剪切刃和剪切机械，以确保剪切效果和质量。

2.安全操作：进行剪切操作时，应戴好个人防护装备，确保操作的安全性。

3.定期维护保养：剪切设备在使用过程中需要定期进行维护保养，以确保设备的正常运行和延长其使用寿命。

§5-2 剪切实用计算一、剪切应力的计算要获得剪切面上的应力，应当首先考查剪切面上的内力。

当构件受剪切作用时，在剪切面上自然要产生内力，内力的大小和方向可用裁面法求得。

还是以螺栓受力为例，如图5-9所示。

利用裁面法将螺栓沿剪切面m-m 截开，取其中的一部分为研究对象(本例取下半部分)，由平衡条件可知，螺栓上半部分对下半部分的作用力的合力与外力F 是一对平衡力，它们大小相等、方向相反、作用线相互平行，该力F s 与剪切面m-m 相切，称之为剪力。

图5-9 截面法求取剪力示意图根据平衡条件可知，为保持下半部分螺栓的平衡，作用在剪切面上的内力F s 与外力F 平衡，运用平衡方程可求出内力即剪力的大小为：F s ＝F (5-1)虽然已经求得了剪切内力，但还不能对直接求取剪切应力，因为还不知道剪切面上的应力分布情况。

一般情况下，剪力在剪切面上的分布是很复杂的，像螺栓在外力的作用下不仅发生剪切变形，还有微小的拉伸变形、弯曲变形等。

如果进行精确计算，难度很大，但由于螺栓长度比较短、剪切面比较小，所以发生的拉伸变形、弯曲变形可以忽略不计，所以常采用较为实用的工程计算方法。

此时只考虑连接件的主要变形——剪切变形，可以认为这时的剪切面上只有剪力作用，面且剪力在剪切面上是均匀分布的。

因此，剪切面上的剪切应力(通常称为剪应力或切应力)大小为：sF A τ=(5-2)式中，τ称为剪应力，F s 为剪切面上的剪力，A 为受剪构件的剪切面面积。

剪应力τ的单位与正应力一样，用MPa(N ／mm 2)或Pa(N ／m 2)来表示。

注意，利用式(5-2)很出的剪应力数值，实际上是平均剪应力、是以剪切面上的剪力均匀分布这一假定为前提的，故又称为名义剪应力，名义剪应力实际上就是剪切面上的平均剪应力。

二、剪切应变的计算为分析物体受剪力作用后的变形情况，从剪切面上取一直角六面体分析。

如图5-10所示，在剪力作用下，相互垂直的两平面夹角发生了变化，即不再保持直角，则此角度的改变量γ称为剪应变、又称切应变。

第三章剪切和联结的实用计算3.1预备知识一、基本概念 1、联接件工程构件中有许多构件往往要通过联接件联接。

所谓联接是指结构或机械中用螺栓、销钉、键、铆钉和焊缝等将两个或多个部件联接而成。

这些受力构件受力很复杂，要对这类构件作精确计算是十分困难的。

2、实用计算联接件的实用计算法，是根据联接件实际破坏情况，对其受力及应力分布作出一些假设和简化，从而建名义应力公式，以此公式计算联接件各部分的名义工作应力。

另一方面，直接用同类联接件进行破坏试验，再按同样的名义应力公式，由破坏载荷确定联接件的名义极限应力，作为强度计算依据。

实践证明，用这种实用计算方法设计的联接许是安全可靠的。

3、剪切的实用计算联接件一般受到剪切作用，并伴随有挤压作用。

剪切变形是杆件的基本变形之一，它是指杆件受到一对垂直于杆轴的大小相等、方向相反、作用线相距很近的力作用后所引起的变形，如图3—1a 所示。

此时，截面cd 相对于ab 将发生错动（滑移）（图3—1b ）即剪切变形。

若变形过大，杆件将在cd 面和ab 面之间的某一截面m —m 处被剪断，m —m 截面称为剪切面。

联接件被剪切的面称为剪切面。

剪切的名义切应力公式为AQ=τ，式中Q 为剪力，A 为剪切面面积，剪切强度条件为[]ττ≤=AQ4、挤压的实用计算联接件中产生挤压变形的表面称为挤压面。

名义挤压应力公式为jyjy jyA F =σ，式中F jy 为挤压力，A jy 是挤压面面积。

当挤压面为平面接触时(如平键)，挤压面积等于实际承压面积；当接触面为柱面时，挤压面积为实际面积在其直径平面上投影。

挤压强度条件为[]jy jyjy jy A F σσ≤=(a)(b)二、重点与难点1、确定剪切面和挤压面、名义挤压面积的计算。

2、注意区分挤压变形和压缩变形的不同，压缩是杆件的均匀受压，挤压则是在联接件的局部接触区域的挤压现象，在挤压力过大时，会在局部接触面上产生塑性变形或压碎现象。

三、解题方法要点1、在进行联接件的强度计算时，首先要判断剪切面和挤压面，并确定剪切面积和挤压面积。