第三章-連接件強度實用計算-工程力學

1、1第三章第三章 聯(lián)接件體系的強度實用計算聯(lián)接件體系的強度實用計算 Practical Calculation of Strength for Connection System 贈言：贈言： 君子之道，辟（譬）如行遠，必自邇；君子之道，辟（譬）如行遠，必自邇；辟（譬）如登高，必自卑。辟（譬）如登高，必自卑。 子思子思中庸中庸2 3.1 概述概述 3.2 剪切的實用計算剪切的實用計算 3.3 擠壓的實用計算擠壓的實用計算3 如果受拉構(gòu)件是拼接的，除了受拉，如果受拉構(gòu)件是拼接的，除了受拉，還受什么作用？注意力轉(zhuǎn)到還受什么作用？注意力轉(zhuǎn)到 聯(lián)接件聯(lián)接件3.1 概概 述述在在 被聯(lián)接構(gòu)件（被聯(lián)接構(gòu)件（

2、Connective Components） 之間，常用之間，常用鉚釘作為鉚釘作為 聯(lián)接件（聯(lián)接件（Connector）4 兩個或多個構(gòu)件相連兩個或多個構(gòu)件相連 1. 用用 釘子、鉚釘釘子、鉚釘?shù)嚷?lián)結(jié)等聯(lián)結(jié) 2. 焊接焊接 3. 其它其它 本章只研究本章只研究 4種聯(lián)接件種聯(lián)接件螺栓、銷釘、鉚釘、鍵塊螺栓、銷釘、鉚釘、鍵塊 聯(lián)接件體系（聯(lián)接件、被聯(lián)接構(gòu)件）的受力特點：聯(lián)接件體系（聯(lián)接件、被聯(lián)接構(gòu)件）的受力特點： 力在一條軸線上傳遞中有所偏離力在一條軸線上傳遞中有所偏離（與拉壓情況不同）（與拉壓情況不同） 問題問題：1. 力傳遞的偏離引起什么新的力學現(xiàn)象？力傳遞的偏離引起什么新的力學現(xiàn)象？ 2.

3、 如何計算聯(lián)接件、被聯(lián)接構(gòu)件的強度？如何計算聯(lián)接件、被聯(lián)接構(gòu)件的強度？ 5簡單典型簡單典型 1個螺栓、個螺栓、2個被聯(lián)接的構(gòu)件個被聯(lián)接的構(gòu)件先研究螺栓的受力情況先研究螺栓的受力情況6螺栓受力特點螺栓受力特點 1、 橫截面橫截面 mnmn, , pq pq 上上 有作用力有作用力 V 象剪刀一樣，試圖把螺栓從該象剪刀一樣，試圖把螺栓從該截面截面處剪開處剪開 稱稱V為剪力為剪力 (Shear force)，引起引起切應力（切應力（ Shear stress) 2、桿段桿段、 受到被聯(lián)接構(gòu)件的受到被聯(lián)接構(gòu)件的擠壓（擠壓（Bearing) 引起引起擠壓應力（擠壓應力（Bearing stress) 7

4、基于螺栓的受力分析，容易預測出螺栓可能的失效形式基于螺栓的受力分析，容易預測出螺栓可能的失效形式 （1）在截面）在截面mn, pq處被剪斷處被剪斷 （2）受擠壓部分的半圓被）受擠壓部分的半圓被“擠扁擠扁” （近似半橢圓）（近似半橢圓） 照片中的螺栓產(chǎn)生了塑性變形，驗證了情況照片中的螺栓產(chǎn)生了塑性變形，驗證了情況 (2)還應當研究還應當研究被聯(lián)接構(gòu)件被聯(lián)接構(gòu)件有沒有有沒有新的受力特點新的受力特點8被聯(lián)接構(gòu)件受力特點被聯(lián)接構(gòu)件受力特點 1、 沒有受沒有受剪力剪力作用作用 2、同螺栓、同螺栓桿段桿段、 對應半圓孔對應半圓孔受到螺栓受到螺栓擠壓擠壓， 有可能導致變形過大而失效有可能導致變形過大而失效（

5、變成近似橢圓孔）（變成近似橢圓孔） 3、螺栓、螺栓擠壓，擠壓，有可能把有可能把被聯(lián)接構(gòu)件被聯(lián)接構(gòu)件端部端部豁開豁開 （一般將端部設計得充分長，抵御豁開力，因而對此（一般將端部設計得充分長，抵御豁開力，因而對此 不計算）不計算）9 為保證設計的安全為保證設計的安全, 必須對聯(lián)接件、被聯(lián)接構(gòu)件必須對聯(lián)接件、被聯(lián)接構(gòu)件 進行強度計算：進行強度計算： 聯(lián)接件聯(lián)接件 切應力，擠壓應力切應力，擠壓應力 被聯(lián)接構(gòu)件被聯(lián)接構(gòu)件 擠壓應力擠壓應力 切應力、擠壓應力的分布函數(shù)很復雜，需用有限元等切應力、擠壓應力的分布函數(shù)很復雜，需用有限元等 數(shù)值方法計算數(shù)值方法計算（如擠壓應力屬于接觸問題）（如擠壓應力屬于接觸問

6、題） 為了方便工程，提出實用計算為了方便工程，提出實用計算 假定應力均勻分布，得到假定應力均勻分布，得到名義應力名義應力；本質(zhì)算；本質(zhì)算平均應力平均應力 剪切實用計算的步驟剪切實用計算的步驟 1、 算出剪力（根據(jù)靜力平衡）算出剪力（根據(jù)靜力平衡） 2 、計算名義切應力（或平均切應力）、計算名義切應力（或平均切應力） 3 、強度校核、強度校核 3.2 剪切的實用計算剪切的實用計算10剪切強度計算剪切強度計算 1、剪力、剪力 2、名義切應力、名義切應力 假定切應力均勻分布，剪力假定切應力均勻分布，剪力 V 引起的切應力為引起的切應力為 m 名義名義 的漢語拼音，或的漢語拼音，或 平均平均（mean

7、）的英文縮寫的英文縮寫2/2PVPV 2224/2/DPDPAVm11為許用切應力為許用切應力 3、強度校核強度校核 若若 說明設計滿足強度要求說明設計滿足強度要求 否則，需重新設計，如加大螺栓直徑等否則，需重新設計，如加大螺栓直徑等 m 12 如何確定如何確定許用切應力許用切應力 b nbn 對材料做對材料做剪切試驗剪切試驗，可測得，可測得剪斷剪斷時的切應力值時的切應力值則該材料的許用切應力為則該材料的許用切應力為 剪切剪切安全因數(shù)安全因數(shù) 試驗結(jié)論試驗結(jié)論塑性塑性 脆性脆性 t0.8)-(0.6 t)0.1-8(0.13算算 例例141. 靜力平衡得到靜力平衡得到 剪力剪力 V = P2.

8、 螺栓截面螺栓截面 mn 上平均切應力或名義切應力上平均切應力或名義切應力 2244/DPDPAVm3. 強度校核強度校核 m15 在聯(lián)接件中通常同時出現(xiàn)在聯(lián)接件中通常同時出現(xiàn) 擠壓應力擠壓應力和和切應力切應力 但二者有明顯區(qū)別但二者有明顯區(qū)別AB剪力剪力V擠壓擠壓力力PA向向剪力作用剪力作用面面 積積B向向擠壓力計算擠壓力計算 面面 積積 AbsbsbsbsAP3.3 擠壓的實用計算擠壓的實用計算 擠壓應力擠壓應力計算面積計算面積 實際實際擠壓面擠壓面在在垂直擠壓力垂直擠壓力 方向方向上的上的投影投影 bs bearing stress16AB剪力剪力V擠壓擠壓力力PA向向剪力作用剪力作用面

9、面 積積B向向擠壓力計算擠壓力計算 面面 積積 Abs 注意：實際注意：實際擠壓面擠壓面是是半圓柱半圓柱 切應力切應力 1 1、計算面積計算面積是剪力的是剪力的真實作用區(qū)真實作用區(qū) 2 2、名義切應力名義切應力是真實的是真實的平均切應力平均切應力 擠壓應力擠壓應力 1、計算面積計算面積不一定是擠壓力不一定是擠壓力真實作用區(qū)真實作用區(qū) 2 2、名義擠壓應力、名義擠壓應力不一定是不一定是平均擠壓應力平均擠壓應力 17 綜上所述，綜上所述，擠壓應力擠壓應力 公式屬于真正的假定計算公式屬于真正的假定計算 許用擠壓應力許用擠壓應力也是靠破壞試驗確定也是靠破壞試驗確定 試驗結(jié)果試驗結(jié)果 聯(lián)接件聯(lián)接件 中通

10、常同時出現(xiàn)中通常同時出現(xiàn) 擠壓應力、切應力擠壓應力、切應力 被聯(lián)接構(gòu)件被聯(lián)接構(gòu)件通常只出現(xiàn)通常只出現(xiàn) 擠壓應力擠壓應力tbs.-.)0271(18例例 題題19 外載集度外載集度 p=2MPa, 角鋼厚角鋼厚 t=12mm, 長長 L=150mm, 寬寬b=60mm，螺栓直徑，螺栓直徑 d=15mm. 求螺栓名義切應力求螺栓名義切應力 和螺栓與角鋼間的名義擠壓應力和螺栓與角鋼間的名義擠壓應力（忽略角鋼與工字（忽略角鋼與工字 鋼之間的摩擦力）鋼之間的摩擦力） 解：解：（1）角鋼承受的總載荷）角鋼承受的總載荷pbLF 22pbLFV（2）每個螺栓的剪力）每個螺栓的剪力20（3）螺栓所受的名義切應力）螺栓所受的名義