第六章 拉压杆件的应力变形分析与强度设计.
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第6章拉压杆件的应力变形分析与强度设计工程力学学习指导第6章拉压杆件的应力变形分析与强度设计6.1 学习要求与学习目标1. 知道并且能够记住杆件拉伸或压缩时:1) 横截面上的轴力与轴力图;2) 横截面上的正应力;3) 斜截面上的应力;4) 伸长与缩短变形。
2. 掌握并能正确应用拉伸和压缩时杆件横截面上正应力的计算公式。
3. 掌握并能正确应用拉伸和压缩时杆件的变形计算公式。
4. 正确理解并掌握拉伸和压缩时,杆件的强度设计准则,正确应用强度设计准则解决三类强度设计问题。
5. 正确理解拉伸与压缩超静定问题的概念,会应用平衡、变形协调和物性关系求解简单的超静定问题。
6.2理 论 要 点6.2.1拉伸与压缩杆件的应力与变形1. 应力计算当外力沿着杆件的轴线作用时,其横截面上只有轴力一个内力分量——轴力F N。
与轴力相对应,杆件横截面上将只有正应力。
在很多情形下,杆件在轴力作用下产生均匀的伸长或缩短变形,因此,根据材料均匀性的假定,杆件横截面上的应力为均匀分布,如图6-3所示。
这时横截面上的正应力为AF N =σ 式中,F N 为横截面上的轴力,由截面法求得;A 为横截面面积。
2. 变形计算(1) 绝对变形 弹性模量设一长度为l 、横截面面积为A 的等截面直杆,承受轴向载荷后,其长度变为l 十Δl ,其中Δl 为杆的伸长量(图6-1a)。
试验结果表明:如果所施加的载荷使杆件的变形处于弹性范围内,杆的伸长量Δl 与杆所承受的轴向载荷成正比,如图6-1b 所示。
写成关系式为EAl F l N Δ±= 这是描述弹性范围内杆件承受轴向载荷时力与变形的胡克定律。
其中,F N 为杆横截面上的轴力,当杆件只在两端承受轴向载荷F P 作用时,F N =F P ;E 为杆材料的弹性模量,它与正应力具有相同的单位;EA 称为杆件的拉伸(或压缩)刚度;式中“+”号表示伸长变形;“-”号表示缩短变形。
当拉、压杆有两个以上的外力作用时,需要先画出轴力图,然后按上式分段计算各段的变形,各段变形的代数和即为杆的总伸长量(或缩短量),即()∑=i ii i EA l F l N Δ (2) 相对变形 正应变对于杆件沿长度方向均匀变形的情形,其相对伸长量 Δl/l 表示轴向变形的程度,是这种情形下杆件的正应变,即El EA lF l l x x σε==N Δ= 需要指出的是,上述关于正应变的表达式只适用于杆件各处均匀变形的情形。