第2章 桿件受力變形與應(yīng)力分析

1、1 全國(guó)高等職業(yè)教育汽車(chē)類(lèi)規(guī)劃教材全國(guó)高等職業(yè)教育汽車(chē)類(lèi)規(guī)劃教材 成縣職業(yè)中專(zhuān) 汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ) 汽車(chē)1班 2 第第2章章 桿桿件受力變形與件受力變形與 應(yīng)力分析應(yīng)力分析 3 2.1 基本概念基本概念 1 變形固體及其基本假設(shè) 在外力作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故 稱(chēng)為變形固體。 材料力學(xué)中通常省略一些次要因素，對(duì)變形 固體作下列假設(shè)： l（1）連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為整個(gè)物體所占空間內(nèi) 到處無(wú)空隙地充滿(mǎn)物質(zhì)。 l（2）均勻性假設(shè)：認(rèn)為物體內(nèi)的任何部分， 其力學(xué)性能相同。 l（3）各向同性假設(shè)：認(rèn)為物體內(nèi)在各個(gè)不同 方向上的力學(xué)性能相同。 4 2.1 基本概念基本概念 2.構(gòu)件的承載能力 是指構(gòu)件能夠承

2、受具體載荷作用的能 力，它包括三個(gè)方面的指標(biāo)，即構(gòu)件的 強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。構(gòu)件正常工作必 須滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求，即 對(duì)其進(jìn)行承載能力的計(jì)算。 5 2.1 基本概念基本概念 3.強(qiáng)度 是指構(gòu)件在外力作用下抵抗破壞或斷 裂的能力。 構(gòu)件必須具有足夠的強(qiáng)度。 6 2.1 基本概念基本概念 4.剛度 指構(gòu)件在外力作用下抵抗過(guò)大彈性變 形的能力，即要求構(gòu)件在規(guī)定的使用條 件下不發(fā)生過(guò)大的彈性變形。 7 2.1 基本概念基本概念 5.桿件變形的基本形式 是指長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方向尺寸的 變形體。桿件受力有各種情況，相應(yīng)的 變形就有各種形式。在工程結(jié)構(gòu)中，桿 件的基本變形有以下四種： l （1）

3、拉伸和壓縮 l （2）剪切 l （3）扭轉(zhuǎn) l （4）彎曲 8 2.2拉伸與壓縮拉伸與壓縮 1. 內(nèi)力 當(dāng)桿件所受外力的作用線與桿件重合時(shí)，桿件當(dāng)桿件所受外力的作用線與桿件重合時(shí)，桿件 將沿軸線伸長(zhǎng)或縮短變形，稱(chēng)為軸向拉伸或壓縮。將沿軸線伸長(zhǎng)或縮短變形，稱(chēng)為軸向拉伸或壓縮。 內(nèi)力是可以改變的，在一定限度內(nèi)，外力增大，內(nèi)力是可以改變的，在一定限度內(nèi)，外力增大， 內(nèi)力增大，變形也隨之增大，內(nèi)力與外力服從正內(nèi)力增大，變形也隨之增大，內(nèi)力與外力服從正 比關(guān)系。當(dāng)外力超過(guò)彈性限度，內(nèi)力不再隨外力比關(guān)系。當(dāng)外力超過(guò)彈性限度，內(nèi)力不再隨外力 而增加，材料就會(huì)喪失正常的工作能力。因此，而增加，材料就會(huì)喪失正常

4、的工作能力。因此， 內(nèi)力的變化直接影響到構(gòu)件的失效。它是分析解內(nèi)力的變化直接影響到構(gòu)件的失效。它是分析解 決強(qiáng)度、剛度的基礎(chǔ)。決強(qiáng)度、剛度的基礎(chǔ)。 9 2.2拉伸與壓縮拉伸與壓縮 2. 截面法 通常采用截面法求桿件的內(nèi)力，即假象的截面通常采用截面法求桿件的內(nèi)力，即假象的截面 將桿件截為兩部分，任取桿件的一部分為研究對(duì)將桿件截為兩部分，任取桿件的一部分為研究對(duì) 象，利用靜力平衡方程求內(nèi)力。如圖所示，任取象，利用靜力平衡方程求內(nèi)力。如圖所示，任取 其中一部分作為研究對(duì)象。設(shè)其內(nèi)力的合力為，其中一部分作為研究對(duì)象。設(shè)其內(nèi)力的合力為， 由于構(gòu)件原來(lái)處于平衡狀態(tài)，切開(kāi)后仍處于平衡由于構(gòu)件原來(lái)處于平衡狀態(tài)

5、，切開(kāi)后仍處于平衡 狀態(tài)，則由平衡方程：狀態(tài)，則由平衡方程： 0 x F 0 PN FF PN FF 得得 由于內(nèi)力的作用線垂直構(gòu)件（桿）的橫截面，由于內(nèi)力的作用線垂直構(gòu)件（桿）的橫截面， 并通過(guò)截面的形心，這種內(nèi)力也稱(chēng)為軸力。并通過(guò)截面的形心，這種內(nèi)力也稱(chēng)為軸力。 當(dāng)軸力的指向背離截面時(shí)，桿受拉，規(guī)定軸當(dāng)軸力的指向背離截面時(shí)，桿受拉，規(guī)定軸 力為正，反之桿受壓，軸力為負(fù)。力為正，反之桿受壓，軸力為負(fù)。 10 2.2拉伸與壓縮拉伸與壓縮 3. 截面上的應(yīng)力 單位面積上的內(nèi)力稱(chēng)為應(yīng)力。應(yīng)力單位為單位面積上的內(nèi)力稱(chēng)為應(yīng)力。應(yīng)力單位為N/m2， 稱(chēng)為稱(chēng)為Pa。由于。由于Pa單位太小，工程上常用單位太

6、小，工程上常用MPa （N/mm2）或）或GPa作為應(yīng)力單位：作為應(yīng)力單位： 得得 的方向規(guī)定：拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。的方向規(guī)定：拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。 A FN 由于橫截面上的內(nèi)力分布是均勻的，所以橫截由于橫截面上的內(nèi)力分布是均勻的，所以橫截 面上各點(diǎn)的應(yīng)力大小均相等，方向垂直于橫截面上各點(diǎn)的應(yīng)力大小均相等，方向垂直于橫截 面，故稱(chēng)作正應(yīng)力。面，故稱(chēng)作正應(yīng)力。 橫截面上正應(yīng)力計(jì)算公式為橫截面上正應(yīng)力計(jì)算公式為 11 3. 截面上的應(yīng)力截面上的應(yīng)力 2.2拉伸與壓縮拉伸與壓縮 12 2.3 剪切與擠壓剪切與擠壓 剪切變形是桿件的基本變形之一。它是指桿件受到一剪切變形是桿件的基本變形之一。它

7、是指桿件受到一 對(duì)垂直于桿軸方向的大小相等、方向相反、作用線相對(duì)垂直于桿軸方向的大小相等、方向相反、作用線相 距很近的外力作用所引起的變形，如圖所示。此時(shí)截距很近的外力作用所引起的變形，如圖所示。此時(shí)截 面面cd相對(duì)于相對(duì)于ab將發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，即剪切變形。若變形將發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，即剪切變形。若變形 過(guò)大，桿件將在兩個(gè)外力作用面之間的某一截面過(guò)大，桿件將在兩個(gè)外力作用面之間的某一截面m-m 處被剪斷，被剪斷的截面稱(chēng)為剪切面。處被剪斷，被剪斷的截面稱(chēng)為剪切面。 13 2.3 剪切與擠壓剪切與擠壓 2.3.1 剪切剪切 14 2.3 剪切與擠壓剪切與擠壓 2.3.1 剪切剪切 A FQ 15 2.3 剪切與擠壓剪切與擠壓 2.3.1 剪切剪切 A FQ 16 2.3 剪切與擠壓剪切與擠壓 2.3.2 擠壓擠壓 17 2.3 剪切與擠壓剪切與擠壓 2.3.2 擠壓擠壓 jy jy jy A F 18 2.3 剪切與擠壓剪切與擠壓 2.3.2 擠壓擠壓 （a）（b） 19 2.3 剪切與擠壓剪切與擠壓 2.3.2 擠壓擠壓 20 2.4 扭轉(zhuǎn)與彎曲扭轉(zhuǎn)與彎曲 2.4.1 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 21 2.