材料力学 第五章 剪切和挤压的实用计算

剪切和挤压的实用计算剪切和挤压是物理学中涉及材料力学行为的重要概念，广泛应用于工程设计、建筑结构、材料研究等领域。

在实际计算过程中，我们常常需要计算材料的剪切和挤压行为，以便更好地理解和预测材料在受力情况下的行为。

本文将介绍剪切和挤压的基本概念，并给出一些实用计算方法。

1.剪切：剪切是指在两个相对运动的平行平面之间的相对滑动，它是由垂直于平行平面的力引起的。

剪切力是使剪切发生的原因，剪切应力是由剪切力引起的应力。

剪切应力的计算公式为：τ=F/A其中，τ是剪切应力，F是作用在平行面上的剪切力，A是剪切应力作用的面积。

剪切应变的计算公式为：γ=Δx/h其中，γ是剪切应变，Δx是平行面滑动的位移，h是剪切应变的高度。

2.挤压：挤压是指在一个封闭容器中向内施加的力，使材料在容器内受到压缩。

挤压力是导致挤压发生的原因，挤压应力是由挤压力引起的应力。

挤压应力的计算公式为：σ=F/A其中，σ是挤压应力，F是作用在挤压面上的挤压力，A是挤压应力作用的面积。

挤压应变的计算公式为：ε=ΔL/L其中，ε是挤压应变，ΔL是受挤压材料的长度变化，L是原始长度。

3.实用计算：在实际计算中，我们往往需要确定材料的剪切和挤压强度，以及材料的最大变形能力。

剪切强度的计算方法：根据材料的剪切应力，选择适当的试验方法来测量剪切强度。

常用的试验方法有剪切强度试验和拉伸试验。

挤压强度的计算方法：根据材料的挤压应力，选择适当的试验方法来测量挤压强度。

常用的试验方法有挤压试验和压缩试验。

变形能力的计算方法：根据材料的剪切应变和挤压应变，通过试验测量材料的最大变形能力。

常用的试验方法有拉伸试验、压缩试验和剪切试验。

在计算过程中，需要考虑材料的应变硬化和弹塑性行为，并结合材料力学理论进行计算。

总结：剪切和挤压的实用计算是工程设计和材料研究中的重要环节。

通过计算剪切应力、剪切应变、挤压应力和挤压应变，可以更好地了解材料在受力情况下的行为，并为工程设计和材料选择提供依据。

剪切与挤压的实用计算1.基本理论剪切是指沿着平面内条线上的应力沿剪切方向相对另一平面移位的力。

材料在受到剪切力作用时，会发生剪切变形并产生剪切应力。

剪切应力τ的计算公式为：τ=F/A其中，τ表示剪切应力，F表示受力，A表示受力面积。

材料的抗剪强度表示了材料在剪切载荷下破坏的抵抗能力，通常用剪切强度σs表示，剪切强度也可以通过横截面上的最大剪切应力来计算，即σs = τmax。

2.剪切计算方法在实际工程中，剪切常常涉及到材料的剪切强度计算、剪切连接件的设计以及剪切抗力的计算等。

（1）剪切强度计算根据材料的剪切性能参数，可以计算材料的抗剪强度。

一般来说，剪切强度与材料的抗拉强度有一定的关系。

对于金属材料来说，一般有以下公式用于计算剪切强度：σs=k·σu其中，σs表示材料的剪切强度，k表示剪切系数，一般取0.6~0.8，σu表示材料的抗拉强度。

（2）剪切连接件设计在机械设计中，常常需要设计剪切连接件，如销轴连接、键连接等。

设计剪切连接件时，需要根据剪切载荷和材料的强度参数来计算连接件的尺寸。

以销轴连接为例，假设在动力传动系统中，传递的扭矩为T，需设计一个销轴连接。

根据材料的抗剪强度和材料的弹性模量，可以计算出销轴的直径d。

d=[16·T/(π·τs)]^(1/3)其中，d表示销轴的直径，T表示扭矩，τs表示材料的抗剪强度。

（3）剪切抗力计算在工程结构设计中，剪切抗力的计算是非常重要的。

常见的剪切抗力计算方法有剪切弯曲理论、剪切流动理论等。

对于简支梁的剪切抗力计算来说，可以使用剪切弯曲理论。

根据弯矩与剪力之间的关系，可以得到梁上任意一点的剪切力V和弯矩M之间的关系：V = dM / dx其中，V表示剪切力，M表示弯矩，dM表示单位长度上的弯矩的变化，dx表示单位长度。

1.基本理论挤压是指沿轴线方向作用于材料上的静态或动态力。

当材料受到挤压力作用时，会发生长度方向的变形，并产生挤压应力。

第5章剪切和挤压5.1 剪切的概念和实例在工程实际中，为了将构件互相连接起来，通常要用到各种各样的连接。

例如图5-1中所示的（a）为拖车挂钩的销轴连接；（b）为桥梁结构中常用的钢板之间的铆钉连接；（c）为传动轴与齿轮之间的键块连接；（d）为两块钢板间的螺栓连接；（e）为构件中的搭接焊缝连接。

这些起连接作用的销轴，铆钉，键块，螺栓及焊缝等统称为连接件。

这些连接件的体积虽然比较小，但对于保证整个结构的牢固和安全却具有重要作用。

因此，对这类零件的受力和变形特点必须进行研究、分析和计算。

（a）（b）(c) (d)图5-1 工程中的连接现以螺栓连接为例来讨论剪切变形与剪切破坏现象。

设两块钢板用螺栓连接，如图5-2（a）所示。

当钢板受到横向外力N拉伸时，螺栓两侧面便受到由两块钢板传来的两组力P 的作用。

这两组力的特点是：与螺栓轴线垂直，大小相等，方向相反，作用线相距极近。

在这两组力的作用下，螺栓将在两力间的截面m-m处发生错动，这种变形形式称为剪切。

发生相对错动的截面称为剪切面，它与作用力方向平行。

若连接件只有一个剪切面，称为单剪切，若有两个剪切面，称为双剪切。

为了进一步说明剪切变形的特点，我们可以在剪切面处取出一矩形簿层来观察，发现在这两组力作用下，原来的矩形将歪斜成平行四边形，如图5-2b所示。

即矩形薄层发生了剪切变形。

若沿剪切面m-m截开，并取出如图5-2c所示的脱离体，根据静力平衡方程，则在受剪面m-m上必然存在一个与力P大小相等、方向相反的内力Q，此内力称为剪力。

若使推力P逐渐增大，则剪力也会不断增大。

当其剪应力达到材料的极限剪应力时，螺栓就会沿受剪面发生剪断破坏。

(a) (b) (c)图5-2 螺栓连接的剪切破坏5.2剪切和挤压的实用计算5.2.1剪切的实用计算受剪切的连接件一般大多为短粗杆，且剪切变形均发生在某一局部，要从理论上计算它们的工作应力往往非常复杂，有时甚至是不可能的。

即使用精确理论进行分析，所得结果也会与实际情况有较大的出入。

《工程力学》剪切与挤压的实用计算剪切和挤压是工程力学中两个非常重要的概念。

在工程实践中，往往需要对结构承受的剪切和挤压力进行计算，并通过计算结果来评估结构的稳定性和安全性。

本文将分别介绍剪切和挤压的概念和公式，并通过实例说明如何进行实用计算。

剪切是指力在结构内部沿着切面作用，导致结构内部产生剪应力和剪应变。

剪应力是垂直于切面方向的力与切面面积之比。

在工程实践中，常见的剪切力作用包括轴向力、剪力和扭矩。

对于轴向力和剪力，其剪应力可以通过下式计算：τ=F/A其中，τ为剪应力，F为作用力的大小，A为剪切面积。

对于扭矩作用，其剪应力的计算则需要考虑到截面形状和应力分布的不均匀性。

常见的情况是圆形截面的轴向受拉时的剪应力分布。

在这种情况下，剪应力的最大值出现在截面外圆周，可以通过下式进行计算：τ=T*r/I其中，τ为剪应力，T为扭矩的大小，r为截面距离外圆周的距离，I为截面的惯性矩。

挤压是指力在结构内部沿着压力方向作用，导致结构内部产生压应力和压应变。

挤压力作用常见于柱子或支撑结构的承重部分。

在计算挤压力时，首先需要确定结构的截面形状和尺寸。

然后可以通过下式计算挤压应力：σ=F/A其中，σ为挤压应力，F为挤压力的大小，A为截面积。

在实际工程中，剪切和挤压的计算往往需要考虑到结构的复杂性和非线性等因素。

此时，可以通过使用数值计算方法或专业软件进行计算，来得到更准确的结果。

此外，还需要根据结构的特点和工程要求，对计算结果进行适当的修正和调整。

举个例子来说明剪切和挤压的实用计算。

假设有一根圆柱形的支撑柱，柱子的直径为10cm，高度为2m。

假设柱子受到的挤压力为5000N。

1.根据柱子的直径计算出柱子的截面积：A = π * r^2 = π * (5cm)^2 = 78.54cm^22.将挤压力代入公式，计算出挤压应力：σ = F / A = 5000N / 78.54cm^2 = 63.73N/cm^2通过这个例子可以看出，挤压力的计算相对简单，只需要确定结构的截面形状和尺寸，并代入公式即可。