選自書籍材料力學(xué)畢業(yè)設(shè)計外文翻譯

中文3300字畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯系：機(jī)械工程系專業(yè)：土木工程姓名：學(xué)號：(用外文寫)外文出處：SixthEdition(用外文寫)Page:142-147附件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。指導(dǎo)教師評語：簽名：年月日注：請將該封面與附件裝訂成冊。

附件1：外文資料翻譯譯文材料力學(xué)第六版扭轉(zhuǎn)

3.1引言

3.2關(guān)于圓軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的初步討論

3.3圓軸扭轉(zhuǎn)變形

3.4彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力

3.5彈性范圍內(nèi)的扭轉(zhuǎn)角

3.6扭轉(zhuǎn)超靜定問題

3.7傳動軸的強(qiáng)度設(shè)計

3.8圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力集中

3.9圓軸扭轉(zhuǎn)時的塑性變形

3.10理想彈塑性材料圓軸的扭轉(zhuǎn)

3.11圓軸扭轉(zhuǎn)時的殘余應(yīng)力

3.12非圓截面桿扭轉(zhuǎn)

3.13閉口薄壁桿件扭轉(zhuǎn)3.1引言在前兩章中我們學(xué)習(xí)了計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件在軸向載荷下的應(yīng)力和應(yīng)變，即沿構(gòu)件方向的軸力。在這一章中將考慮構(gòu)件和機(jī)械零件的扭轉(zhuǎn)問題。更具體地說，你將分析圓形橫截面構(gòu)件在經(jīng)受扭轉(zhuǎn)或扭矩時的應(yīng)力和應(yīng)變情況T和T’（圖3.1）。這些力有一個共同大小的T，且方向相反。這些矢量可以通過彎曲的箭頭來表示在圖3.1a或在圖3.1b上。如圖3.1.軸的受扭情況照片3.1如圖所示的汽車傳動系,軸將動力從發(fā)動機(jī)傳到后輪。如圖3.2所示的系統(tǒng),它通過一個傳動軸將汽輪機(jī)A和發(fā)電機(jī)B連接在一起。通過將系統(tǒng)分成的三個組成部分(圖3.2b)中,可以看到渦輪機(jī)先在軸上施加一個扭矩力軸或轉(zhuǎn)矩T,然后軸在發(fā)電機(jī)上施加一個相等的力矩，接著發(fā)電機(jī)對軸施加大小相圖3.2傳動軸.等、方向相反的扭矩T’,隨之軸對渦輪機(jī)施加扭矩T’。你將首先分析發(fā)生在圓軸處的應(yīng)力和變形情況。在3.3節(jié)中,將證明圓軸的一個重要屬性:當(dāng)一個圓軸受到扭轉(zhuǎn),每個截面仍保持平面,不發(fā)生變形。換句話說,雖然各個橫截面沿軸通過不同角度旋轉(zhuǎn),每個旋轉(zhuǎn)截面仍作為一個固定的面。這個屬性將使能夠確定一個圓軸剪切應(yīng)力的分布情況,這樣得出這樣的結(jié)論:剪切應(yīng)變的變化情況與到軸線的距離有線性的關(guān)系。考慮在彈性范圍內(nèi)的形變情況,利用胡克定律處理剪切應(yīng)力和應(yīng)變,可以確定剪切應(yīng)力分布在一個圓軸并推導(dǎo)出彈性扭轉(zhuǎn)公式(3.4節(jié))。在3.5節(jié)中，我們將學(xué)習(xí)如何找到圓軸受給定轉(zhuǎn)矩的扭轉(zhuǎn)角，再假設(shè)發(fā)生彈性變形。涉及超靜定軸問題的解決方案參照3.6節(jié)。在3.7節(jié)，你將學(xué)習(xí)傳動軸的設(shè)計。而為了實現(xiàn)該設(shè)計，將要學(xué)習(xí)如何用旋轉(zhuǎn)速度的術(shù)語來表示軸的物理特性以及所傳送的動力。扭轉(zhuǎn)公式不能用于確定加載的一組應(yīng)力或一段附近的一個軸的直徑發(fā)生的突然變化附近的應(yīng)力部分。此外,這些公式只適用于在所選材料彈性范圍內(nèi)的情況。在3.8節(jié)中,將學(xué)習(xí)如何考慮在軸的直徑突然變化下發(fā)生的應(yīng)力集中情況。在3.9到3.11節(jié)中,將學(xué)習(xí)在超過由一種韌性材料制成的圓軸材料屈服點時發(fā)生的應(yīng)力和變形情況。然后,將要學(xué)習(xí)如何確定永久塑性的變形和殘余應(yīng)力保持在一個軸后加載超過材料的屈服點。在本章的最后部分,將學(xué)習(xí)在超過塑性材料制成的圓軸材料屈服點時的應(yīng)力和變形情況。(3.13節(jié)).3.2關(guān)于圓軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的初步談?wù)摽紤]到軸AB在A和B端處受到大小受相等、方向方向相反的轉(zhuǎn)矩T和T’，我們在截面上通過一個垂直于該軸的軸線通過任意點C（圖3.3）。對于自由選擇的圖即軸BC部分必須包括垂直于軸半徑的初級剪切力dF，即軸AC上的部分在軸BC上引起扭曲（圖3.4A）。但對于BC平衡的條件要求，這些基礎(chǔ)力的系統(tǒng)相當(dāng)于一個內(nèi)扭矩T，大小相等且方向相反于T’（圖3.4B）。用r表示從力至dF軸的垂直距離且以該軸的軸線方向轉(zhuǎn)動，并表示該剪切力DF圍繞軸線的力矩總和與軸的扭矩T的大小是相等的，記或者，因為，其中t是部分dA區(qū)域上的剪切應(yīng)力，(3.1)圖3.3軸受扭矩情況.圖.3.4而要得到以上關(guān)系式必須滿足的一個重要條件就是剪切應(yīng)力要在任何給定的軸橫截面上,但它并沒有告訴我們這些截面應(yīng)力分布情況。因此我們需要觀察,就像我們已經(jīng)在1.5節(jié)中做的那樣,在一個給定的負(fù)載下,應(yīng)力分布實際上是超靜定的,也就是說,該分布不能由靜力學(xué)的方法測定。然而,在之前1.5節(jié)中假設(shè)正常的壓力通過一個軸向中心荷載均勻分布,后來我們發(fā)現(xiàn)(2.17節(jié))這種假設(shè)是合理的，除了在集中載荷附近的部分。相對于類似剪切應(yīng)力分布在一個彈性軸上的假設(shè)是錯誤的。我們必須保留對于應(yīng)力在一個軸上分布情況的判斷,直到我們已經(jīng)分析了在軸上產(chǎn)生形變的情況。這將在下一節(jié)中完成。在這點上還要再觀察一下，表明在1.12節(jié)中剪切不只發(fā)生在一個平面?？紤]到在圖3.5所示取軸上一小段的情況。我們知道扭矩軸產(chǎn)生的剪切應(yīng)力應(yīng)用于垂直于t軸所在面的軸線上。但考慮到在1.12節(jié)中討論的平衡條件需要相等于兩個平圖3.5軸上取一小段.面包含的軸所形成的面上等應(yīng)力的存在。實際上在這樣的剪切應(yīng)力發(fā)生扭轉(zhuǎn)時，可通過考慮由一個兩端固定到圓盤的“軸”的單獨板來證明，如圖3.6A。如果已經(jīng)在相鄰的兩個板條上標(biāo)記了，這將觀察到的板在相對于彼此平移時有大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩被施加到“軸”的端部（圖3.6B）。而平移實際上不會發(fā)生在由同質(zhì)和粘性材料制成的軸上，但平移的趨勢將有存在，顯示出應(yīng)力垂直于軸的軸線上的縱向平面。圖3.6軸模型3.3圓軸的扭轉(zhuǎn)變形考慮到圓軸的一端連接到一個的固定支撐（圖3.7A）。如果轉(zhuǎn)矩被施加到無固定支撐的一端，該軸將扭轉(zhuǎn)并將在其自由端旋轉(zhuǎn)的一個角度稱為扭轉(zhuǎn)角（圖3.7B）。觀察表明，在一定范圍內(nèi)的T值的范圍內(nèi)的扭轉(zhuǎn)角與T成正比。它還表明，是與軸的長度L成比例的。換句話說，軸上的扭轉(zhuǎn)角相對扭矩T有相同的材料和相同的橫截面，但相比之下長兩倍也大兩倍。我們分析的目的是在上一章節(jié)靜力學(xué)基礎(chǔ)中我們無法得出結(jié)論的情況下是要找到，L和T之間的特定關(guān)系與確定剪切應(yīng)力在軸上的分布情況。圖3.7有固定支撐的軸.Fig.3.8比較圓軸變形與方軸.在這一點上，應(yīng)該指出圓軸的一個重要屬性是：當(dāng)一個圓軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，每一橫截面都保持平整并不被扭曲。換句話說，當(dāng)不同橫截面沿著軸轉(zhuǎn)過不同的角度時，每個橫截面的轉(zhuǎn)動量相對固定。如圖3.8A展示的經(jīng)受扭轉(zhuǎn)變形的橡膠模型。我們正在討論的是圓軸特性的屬性，無論是實心或空心的都不是由非圓截面組成。比如當(dāng)一個方形截面受扭時，其各截面將出現(xiàn)彎曲而不會呈現(xiàn)出一個平面的形狀。（圖3.8b）。圓軸的橫截面保持平整并不被扭曲的緣由是因為圓軸是軸對稱的，也就是說當(dāng)從一個固定點觀察繞其軸線通過任意角度旋轉(zhuǎn)時，它的外觀仍然是相同的。（另一方面，方條只有當(dāng)它們旋轉(zhuǎn)90度或180度時才能保持原形。）正如我們目前要看圖3.9軸的受扭情況.到的，圓的軸對稱軸可以用來證明在理論上其橫截面保持平整并不被扭曲?？紤]到位于軸給定橫截面圓周上的點C和D，并所在的軸被扭曲后標(biāo)記點C’和D’（圖3.9A）。而呈軸對稱的負(fù)載軸要求：通過旋轉(zhuǎn)將C變成C’，D變成D’。從而C’和D’必須位于一個圓的圓周上，并且C’D’長度等于CD（圖3.9B）。現(xiàn)在，我們將研究圓周上C’和D’是否原屬于不同的圓。讓我們假設(shè)C’和D’落在位于原圓左側(cè)的的不同圓上，如圖3.9B。在不同橫截面的情況下以出現(xiàn)同樣橫截面的情況為準(zhǔn)，因為該軸的所有截面都受相同的內(nèi)轉(zhuǎn)矩T，并且從軸末端的觀察點來看從會得出這樣的結(jié)論荷載將無視任何在給定周上繪制的圓。但從位于B上的觀察點來看：看起來相同的給定荷載（順時針在前，逆時針在后）將得到相反的結(jié)論，即其近似于圓。這個矛盾證明了我們的假設(shè)是錯誤的，點C’和D’與點C和D一樣位于同一圓上。因此當(dāng)軸扭轉(zhuǎn)時，原圓在其自身平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。因此同樣的推理得可應(yīng)用于任何比所考慮的截面要小同心圓，我們得出結(jié)論在整個橫截面上將保持平整（圖3.10）。圖3.10同心圓而上述論點并不排除當(dāng)軸扭曲時在圖3.10上的各種按不同速度旋轉(zhuǎn)同心圓的可能性。但如果是這樣的話,一個給定截橫面的直徑會扭曲成一條曲線,如圖3.11所示。從這條曲線來看將得出這樣的結(jié)論:軸的外部會比內(nèi)部扭曲，而觀察者從B點來看卻會得出相反的結(jié)論(圖3.11B)。這個矛盾使我們認(rèn)識到,任何一個給定橫截面的直徑仍保持直線(圖3.11),因此,任何給定橫截面的圓軸仍然保持平整并不被扭曲。圖3.11橫截面的形變情況.我們到目前為止的討論忽略了T和T’的扭轉(zhuǎn)模式。如果軸從一端到另一的所有部分都要保持平整并不被扭曲，我們必須確保被以軸本身的兩端保持平整并不被扭曲的方式來運用，。這可通過證明一組T和T’作用于剛性板是通過牢牢連接在軸端部來實現(xiàn)的（圖3.12A）。接下來我們可以肯定的是當(dāng)負(fù)載被施加時所有截面將保持平整并不被扭曲，并且所產(chǎn)生的變形將均勻地遍布在整個軸上。所有在圖3.12A圓軸表面分成的小塊將以相同的速度旋轉(zhuǎn)，并且每條分割線線扭