工程力学26 梁弯曲时的变形和刚度计算

工程力学中的变形量如何计算？在工程力学的领域中，变形量的计算是一个至关重要的环节。

它不仅对于设计安全可靠的结构和机械部件具有关键意义，还能帮助工程师预测和评估物体在受力情况下的性能和行为。

那么，工程力学中的变形量究竟是如何计算的呢？首先，我们需要明确什么是变形量。

简单来说，变形量就是物体在受到外力作用后，其形状、尺寸或位置发生的改变程度。

这种改变可能是拉伸、压缩、弯曲、扭转等多种形式。

在计算变形量时，我们通常会用到一些基本的力学概念和公式。

其中，胡克定律是一个非常重要的基础。

胡克定律指出，在弹性限度内，物体的变形量与所施加的外力成正比，与物体的刚度成反比。

用公式表示为：F ＝ kx，其中 F 是外力，k 是刚度系数，x 是变形量。

对于拉伸和压缩的情况，我们可以通过材料的弹性模量 E、横截面积 A 和所受的拉力或压力 F 来计算变形量。

变形量ΔL ＝ FL ／（EA) 。

这里，L 是杆件的原长。

弹性模量 E 是材料的固有属性，表示材料抵抗变形的能力，不同的材料具有不同的弹性模量。

当物体受到弯曲作用时，变形量的计算就会稍微复杂一些。

我们需要考虑梁的几何形状、材料特性以及所受的弯矩。

对于常见的简支梁和悬臂梁，有相应的公式可以用来计算弯曲变形量。

在扭转的情况下，变形量与扭矩 T、材料的剪切模量 G、极惯性矩Ip 以及杆件的长度 L 有关。

扭转角φ ＝ TL ／（GIp) 。

除了上述基于简单受力情况的计算方法，实际工程中物体的受力往往更加复杂。

这时，可能需要运用有限元分析（FEA）等数值方法来计算变形量。

有限元分析将物体离散成许多小单元，通过求解每个单元的力学平衡方程，最终得到整个物体的变形分布。

在计算变形量时，还需要考虑一些其他因素。

例如，温度变化可能会导致物体的热膨胀或收缩，从而产生变形。

对于这种情况，我们可以使用热膨胀系数来计算温度引起的变形量。

另外，材料的非线性特性也会对变形量的计算产生影响。

在一些情况下，材料可能不再遵循胡克定律，而是表现出非线性的应力应变关系。

梁的弯曲计算剪力计算公式在工程力学中，梁是一种常见的结构元素，用于支撑和承载荷载。

在设计和分析梁的时候，我们需要考虑到梁的弯曲和剪切力。

本文将重点讨论梁的弯曲计算和剪力计算公式，帮助读者更好地理解和应用这些公式。

梁的弯曲计算公式。

在梁的弯曲计算中，我们需要考虑梁的受力情况以及梁的几何形状。

弯曲时梁的受力情况可以用弯矩来描述，弯矩的大小和位置取决于梁的荷载和支撑条件。

在弯曲计算中，我们通常使用以下公式来计算梁的弯矩：M = -EI(d^2y/dx^2)。

其中，M表示弯矩，E表示梁的弹性模量，I表示梁的惯性矩，y表示梁的挠度，x表示梁的位置。

这个公式描述了梁在弯曲时的受力情况，可以帮助我们计算梁的弯曲应力和挠度。

梁的剪力计算公式。

除了弯曲力之外，梁在受荷载时还会产生剪切力。

剪切力是梁上各点间的内力，它的大小和位置取决于梁的荷载和支撑条件。

在剪力计算中，我们通常使用以下公式来计算梁上各点的剪切力：V = dM/dx。

其中，V表示剪切力，M表示弯矩，x表示梁的位置。

这个公式描述了梁上各点的剪切力分布情况，可以帮助我们计算梁的剪切应力和剪切变形。

梁的弯曲和剪力计算实例。

为了更好地理解梁的弯曲和剪力计算，我们可以通过一个实例来说明。

假设有一根长度为L，截面为矩形的梁，受均布荷载w作用。

我们可以根据梁的受力情况和几何形状，计算出梁的弯矩和剪切力分布情况。

首先，我们可以计算出梁的弯矩分布情况。

根据梁的受力情况和几何形状，我们可以得到梁的挠度y(x)的表达式。

然后，我们可以通过弯矩公式M = -EI(d^2y/dx^2)来计算出梁上各点的弯矩分布情况。

接着，我们可以计算出梁上各点的剪切力分布情况。

根据梁的弯矩分布情况，我们可以通过剪切力公式V = dM/dx来计算出梁上各点的剪切力分布情况。

通过以上计算，我们可以得到梁在受均布荷载作用时的弯矩和剪切力分布情况。

这些计算结果可以帮助我们更好地了解梁的受力情况，指导我们设计和分析梁的结构。

梁的刚度计算The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020梁的强度和刚度计算1．梁的强度计算梁的强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力，设计时要求在荷载设计值作用下，均不超过《规范》规定的相应的强度设计值。

（1）梁的抗弯强度作用在梁上的荷载不断增加时正应力的发展过程可分为三个阶段，以双轴对称工字形截面为例说明如下：梁的抗弯强度按下列公式计算： 单向弯曲时f W M nxx x≤=γσ（5-3）双向弯曲时f W M W M nyy y nx x x≤+=γγσ（5-4）式中：M x 、M y ——绕x 轴和y 轴的弯矩（对工字形和H 形截面，x 轴为强轴，y 轴为弱轴）；W nx 、W ny ——梁对x 轴和y 轴的净截面模量；y x γγ,——截面塑性发展系数，对工字形截面，20.1,05.1==y x γγ；对箱形截面，05.1==y x γγ；对其他截面，可查表得到；f ——钢材的抗弯强度设计值。

为避免梁失去强度之前受压翼缘局部失稳，当梁受压翼缘的外伸宽度b 与其厚度t 之比大于y f /23513 ，但不超过y f /23515时，应取0.1=x γ。

需要计算疲劳的梁，按弹性工作阶段进行计算，宜取0.1==y x γγ。

（2）梁的抗剪强度一般情况下，梁同时承受弯矩和剪力的共同作用。

工字形和槽形截面梁腹板上的剪应力分布如图5-3所示。

截面上的最大剪应力发生在腹板中和轴处。

在主平面受弯的实腹式梁，以截面上的最大剪应力达到钢材的抗剪屈服点为承载力极限状态。

因此，设计的抗剪强度应按下式计算v wf It VS≤=τ（5-5）式中：V ——计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值；S ——中和轴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。

工程力学中的弯曲应力和弯曲变形问题的探究与解决方案引言：工程力学是研究物体受力和变形规律的学科，其中弯曲应力和弯曲变形问题是工程力学中的重要内容。

本文将探讨弯曲应力和弯曲变形问题的原因、计算方法以及解决方案，旨在帮助读者更好地理解和应对这一问题。

一、弯曲应力的原因在工程实践中，当梁、梁柱等结构承受外力作用时，由于结构的几何形状和材料的力学性质不同，会导致结构发生弯曲变形。

弯曲应力的产生主要有以下几个原因：1. 外力作用：外力作用是导致结构弯曲的主要原因之一。

例如，悬臂梁受到集中力的作用，会导致梁的一侧拉伸，另一侧压缩，从而产生弯曲应力。

2. 结构几何形状：结构的几何形状对弯曲应力有直接影响。

例如，梁的截面形状不均匀或不对称，会导致弯曲应力的分布不均匀，从而引起结构的弯曲变形。

3. 材料力学性质：材料的力学性质也是导致弯曲应力的重要因素。

不同材料的弹性模量、屈服强度等参数不同，会导致结构在受力时产生不同的弯曲应力。

二、弯曲应力的计算方法为了准确计算弯曲应力，工程力学中提出了一系列的计算方法。

其中最常用的方法是梁的弯曲方程和梁的截面应力分析。

1. 梁的弯曲方程：梁的弯曲方程是描述梁在弯曲过程中受力和变形的重要方程。

根据梁的几何形状和受力情况，可以得到梁的弯曲方程，并通过求解该方程，计算出梁在不同位置的弯曲应力。

2. 梁的截面应力分析：梁的截面应力分析是通过分析梁截面上的应力分布情况，计算出梁在不同位置的弯曲应力。

该方法根据梁的几何形状和材料的力学性质，采用静力学平衡和弹性力学理论，计算出梁截面上的应力分布，并进一步得到梁的弯曲应力。

三、弯曲变形问题的解决方案针对弯曲变形问题，工程力学提出了一系列的解决方案，包括结构改进、材料选择和加固措施等。

1. 结构改进：对于存在弯曲变形问题的结构，可以通过改进结构的几何形状，增加结构的刚度，从而减小结构的弯曲变形。

例如，在梁的设计中，可以增加梁的截面尺寸或改变梁的截面形状，以增加梁的抗弯刚度。

材料力学第9章梁的挠度和刚度计算梁的挠度和刚度计算材料力学第9章引言梁是一种常见的结构元素，在各个工程领域都有广泛的应用。

了解梁的挠度和刚度计算方法对于设计和分析梁的性能至关重要。

本文将介绍材料力学第9章中梁的挠度和刚度计算的相关内容。

1. 梁的挠度计算方法1.1 单点弯曲当梁受到单点弯曲时，可以使用梁的弯曲方程来计算梁的挠度。

梁的弯曲方程可以表达为：δ = (M * L^2) / (2 * E * I)其中，δ为梁的挠度，M为梁的弯矩，L为梁的长度，E为梁的弹性模量，I为梁的截面惯性矩。

1.2 均匀分布荷载当梁受到均匀分布荷载时，梁的挠度计算稍有不同。

可以使用梁的基本方程来计算梁的挠度。

梁的基本方程可以表达为：δ = (q * L^4) / (8 * E * I)其中，δ为梁的挠度，q为梁的均匀分布荷载，L为梁的长度，E为梁的弹性模量，I为梁的截面惯性矩。

2. 梁的刚度计算方法梁的刚度是指梁对外界荷载的抵抗能力。

梁的刚度可以通过计算梁的弯曲刚度和剪切刚度得到。

2.1 弯曲刚度梁的弯曲刚度可以通过梁的截面惯性矩来计算。

弯曲刚度可以表示为：EI = ∫(y^2 * dA)其中，EI为梁的弯曲刚度，y为离梁中性轴的距离，dA为微元面积。

2.2 剪切刚度梁的剪切刚度可以通过梁的截面两点间的剪力和相对位移关系来计算。

剪切刚度可以表示为：GJ = ∫(θ * dA)其中，GJ为梁的剪切刚度，θ为梁的剪切角，dA为微元面积。

3. 示例为了加深对梁的挠度和刚度计算的理解，下面以一根长度为L的梁为例进行计算。

假设梁受到均匀分布荷载q作用，并且梁的截面为矩形截面，梁的宽度为b，高度为h。

根据梁的挠度计算方法，可以得到梁的挠度公式为：δ = (q * L^4) / (8 * E * b * h^3)根据梁的刚度计算方法，可以得到梁的弯曲刚度和剪切刚度公式为： EI = (b * h^3) / 12GJ = (b * h * h^3) / 12通过计算梁的挠度和刚度，可以得到梁的性能参数，进而进行工程设计和分析。

梁的强度和刚度计算1．梁的强度计算梁的强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力，设计时要求在荷载设计值作用下，均不超过《规范》规定的相应的强度设计值。

（1）梁的抗弯强度作用在梁上的荷载不断增加时正应力的发展过程可分为三个阶段，以双轴对称工字形截面为例说明如下：梁的抗弯强度按下列公式计算：单向弯曲时f W M nx x x ≤=γσ （5-3）双向弯曲时f W M W M ny y y nx x x ≤+=γγσ （5-4）式中：M x 、M y ——绕x 轴和y 轴的弯矩（对工字形和H 形截面，x 轴为强轴，y 轴为弱轴）；W nx 、W ny ——梁对x 轴和y 轴的净截面模量；y x γγ,——截面塑性发展系数，对工字形截面，20.1,05.1==y x γγ；对箱形截面，05.1==y x γγ；对其他截面，可查表得到；f ——钢材的抗弯强度设计值。

为避免梁失去强度之前受压翼缘局部失稳，当梁受压翼缘的外伸宽度b 与其厚度t 之比大于y f /23513 ，但不超过y f /23515时，应取0.1=x γ。

需要计算疲劳的梁，按弹性工作阶段进行计算，宜取0.1==y x γγ。

（2）梁的抗剪强度一般情况下，梁同时承受弯矩和剪力的共同作用。

工字形和槽形截面梁腹板上的剪应力分布如图5-3所示。

截面上的最大剪应力发生在腹板中和轴处。

在主平面受弯的实腹式梁，以截面上的最大剪应力达到钢材的抗剪屈服点为承载力极限状态。

因此，设计的抗剪强度应按下式计算v w f It ≤=τ （5-5）式中：V ——计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值；S ——中和轴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。

图5-3 腹板剪应力当梁的抗剪强度不满足设计要求时，最常采用加大腹板厚度的办法来增大梁的抗剪强度。

型钢由于腹板较厚，一般均能满足上式要求，因此只在剪力最大截面处有较大削弱时，才需进行剪应力的计算。

§6-3 梁弯曲时的变形和刚度条件课时计划：讲授3学时教学目标：1．理解梁弯曲变形时挠度和转角的概念；2．掌握梁的刚度计算方法及刚度条件。

教材分析:1．重点为梁弯曲变形时挠度和转角的概念；2．难点为梁的刚度计算方法及刚度条件。

教学设计：本节课的主要内容是讲解梁弯曲变形时挠度和转角的概念以及梁的刚度计算方法。

重点为梁弯曲变形时挠度和转角的概念，在此基础上进一步掌握梁的刚度计算方法并建立梁弯曲时的刚度条件。

通过对教材例题的讲解，使学生在此过程中进一步理解弯曲变形，进而学会利用弯曲梁的刚度条件解决工程实际问题。

第1学时教学内容：一、挠度和转角本节课的主要内容是讲解梁弯曲变形时挠度和转角的概念。

因为材料力学研究强度与刚度，强度问题要计算应力，刚度问题要计算变形，本节讲梁的弯曲变形。

图示为简支梁弯曲变形时，变形前梁轴线是直线，受力F 弯曲变形后轴线是光滑平面曲线，变形前后梁轴线简化如下图所示。

横截面nn 移''n n ，形心C 到'C 点。

横截面形心在垂直于原轴线方向的位移，称为截面的挠度，用ω表示；横截面相对于原来位置转过的角度，称为该截面的转角，用θ表示。

截面形心轴线方向位移很小,高阶微量,可省略不计。

弯曲变形后梁的轴线变成一条连续而光滑的平面曲线，称为挠度曲线，简称挠曲线。

在图示的Oxw 坐标系中，表示挠曲线的方程为w ＝w(x)称为挠度方程。

由于轴线是各截面形心的连线，故该方程中的x 为变形前截面位置的横坐标，ω为变形后该截面的挠度。

由于截面转角等于挠度曲线在该截面的切线与x 轴的夹角，小变形有：()x w x w '==≈d d θθtan即任一截面转角近似等于挠度方程对x 的一阶导数。

所以挠度和转角的数值都可以由挠度方程及其一阶导数确定，只要有了挠度方程，就可以计算挠度和转角。

公式中挠度向上为正值,向下为负值；转角逆时针方向为正值,顺时针方向为负值。

由表可知，在一定外力作用下，梁的挠度、转角都和材料的弹性模量E 与截面惯性矩z I 的乘积z EI 成反比。