《構件內力及計算》課件

構件內力及計算課程大綱力的概念力的定義、力的性質、力的表示方法力的單位牛頓、千克力、磅力的定義和轉換內力和外力內力的概念、內力的分類、內力的作用構件內力軸力、剪力、彎矩的概念、計算方法力的概念作用與反作用力的概念，源于物體之間的相互作用。物體施加在另一個物體上的作用力，會產(chǎn)生一個大小相等、方向相反的反作用力。力的性質力具有大小和方向。力的作用效果取決于力的方向和大小，力的單位是牛頓（N）。力的單位牛頓(N)國際單位制中力的單位，代表了1千克質量的物體在1米每平方秒的加速度作用下的力。千克力(kgf)重力單位，代表了1千克質量的物體在地球表面所受到的重力。磅力(lbf)英制單位，代表了1磅質量的物體在1英尺每平方秒的加速度作用下的力。內力和外力外力作用在結構物上的力，來自外界內力結構物內部各部分之間的相互作用力內力的類型1軸力構件截面上的垂直力，如拉力和壓力。2剪力構件截面上的平行力，如剪切力。3彎曲力矩使構件發(fā)生彎曲的力矩，如梁的彎曲力矩。軸力1定義軸力是指作用在構件軸線方向上的力，也稱為拉力或壓力。2方向軸力可以是拉力，也可以是壓力，取決于力的方向。3影響軸力會導致構件的伸長或縮短，并可能引起構件的破壞。剪力剪力定義剪力是指作用在物體橫截面上，并使物體產(chǎn)生剪切變形（切向運動）的力。剪力方向剪力方向與物體表面平行，并垂直于截面。彎曲力矩定義彎曲力矩是指作用在物體上，使其發(fā)生彎曲的力矩。方向彎曲力矩的方向取決于力的作用方向和力臂的長度。單位彎曲力矩的單位通常為牛頓米（Nm）或千克米（kNm）。平面內受力軸向力構件受到的沿軸線方向的力，稱為軸向力。分為拉力、壓力兩種。剪力使構件截面發(fā)生相對滑動的力，稱為剪力。彎矩使構件產(chǎn)生彎曲的力偶矩，稱為彎矩。平面內內力結構1軸力沿著桿件軸線方向的作用力。2剪力垂直于桿件軸線方向的作用力。3彎矩使桿件發(fā)生彎曲的力偶矩?？臻g受力1三維空間考慮構件在三維空間中的受力情況，例如來自不同方向的載荷。2復雜性空間受力問題比平面受力問題更加復雜，需要考慮多個方向的力矩和剪力。3實際應用許多實際工程問題都涉及到空間受力，例如橋梁、高層建筑和大型機架?？臻g內力結構1扭矩繞軸旋轉力矩2剪力垂直于截面力的合力3軸力沿著截面方向的力平面應力狀態(tài)定義當構件受到外力作用時，其內部各點都會產(chǎn)生應力。如果構件的應力狀態(tài)只在平面上發(fā)生變化，而垂直于平面的方向上應力為零，則稱為平面應力狀態(tài)。特點平面應力狀態(tài)的特點是：應力只存在于一個平面上，而垂直于該平面的方向上應力為零。平面應力分析1外力應力分析中，外力主要指作用在結構或構件上的載荷，例如重力、壓力、拉力等。外力會使結構或構件內部產(chǎn)生應力。2應力分布應力在結構或構件內部的分布情況，例如均勻分布、集中分布、線性分布等。應力的分布情況會影響結構或構件的強度和剛度。3應力集中應力集中是指在結構或構件的某些局部區(qū)域，應力值明顯高于周圍區(qū)域的現(xiàn)象，例如孔洞、缺口等。應力集中會導致結構或構件的強度降低，甚至發(fā)生破壞。等效應力概念等效應力是指將多軸應力狀態(tài)簡化為單軸應力狀態(tài)時的等效值。作用便于進行強度計算和材料失效分析。計算公式根據(jù)不同的失效準則，等效應力計算公式有所不同。平面應力失效準則最大拉伸應力材料在單軸拉伸時的屈服強度或抗拉強度作為失效準則最大剪應力材料在單軸剪切時的屈服強度或抗剪強度作為失效準則莫爾圓利用莫爾圓，通過最大拉伸應力和最大剪應力確定材料的失效狀態(tài)構件內力計算1計算方法基于力學原理2計算模型理想化簡化3計算結果結構安全性軸壓構件內力內力類型公式說明軸力N=FF為外力，軸力等于外力的大小剪力Q=0軸壓構件不承受剪力彎矩M=0軸壓構件不承受彎矩受彎構件內力彎矩外力作用下，使構件產(chǎn)生彎曲的力矩剪力外力作用下，使構件產(chǎn)生剪切的力受剪構件內力1剪力剪力是指作用于構件截面上的平行于截面的力。2剪應力剪應力是指剪力在截面上的分布。3剪切強度剪切強度是指材料抵抗剪切破壞的能力。受扭構件內力1扭矩力矩2扭轉角變形程度3扭轉應力材料內部組合受力構件內力受力形式內力類型計算方法軸向拉伸或壓縮軸力力平衡方程彎曲彎矩力矩平衡方程剪切剪力力平衡方程扭轉扭矩力矩平衡方程負荷系數(shù)定義負荷系數(shù)是結構設計中用于考慮實際使用環(huán)境和荷載變化的系數(shù)。它表示結構實際承受的荷載與理論計算荷載的比值。作用負荷系數(shù)用于提高結構設計的安全性，以應對不可預見的荷載變化和環(huán)境因素，確保結構的長期穩(wěn)定性。部分安全系數(shù)定義部分安全系數(shù)是用來彌補材料強度、荷載、幾何尺寸等不確定性的系數(shù)。作用確保結構在實際使用過程中具有足夠的安全性，避免因意外事故而發(fā)生失效。種類包括材料強度部分安全系數(shù)、荷載部分安全系數(shù)、幾何尺寸部分安全系數(shù)等。抗壓強度設計抗壓強度抗壓強度是指材料抵抗壓力的能力，是衡量材料強度和安全性的重要指標。設計要求設計要求應確保構件在工作狀態(tài)下能夠安全可靠地承受設計荷載，并滿足使用要求?？辜魪姸仍O計剪力作用構件受到剪力作用時，會發(fā)生橫截面的相對滑動。抗剪強度抗剪強度是指構件抵抗剪力破壞的能力。剪切破壞當剪力超過構件的抗剪強度時，就會發(fā)生剪切破壞?？箯潖姸仍O計彎矩計算確定梁截面上的最大彎矩，并將其作為彎矩強度設計的依據(jù)。根據(jù)材料的強度和截面尺寸，計算梁的抗彎強度。比較彎矩強度與設計要求，確保梁能夠承受預期的載荷?？古姸仍O計扭轉應力扭轉應力是由于扭矩作用在構件上而產(chǎn)生的切應力，是構件抗扭能力的關鍵指標。強度設計抗扭強度設計旨在確保構件在扭轉荷載作用下不會發(fā)生破壞，確保結構安全可靠。強度驗算通過計算扭轉應力并與材料的抗扭強度進行比較，以判斷構件是否滿足抗扭強度要求。構件內力綜合作用強度驗算多重載荷結構構件通常承受多種載荷，包括軸向載荷、彎曲載荷和扭轉載荷。綜合考慮這些載荷的影響對于結構安全至關重要。組合作用當多種載荷同時作用于結構時，它們會相互影響，導致內力的變化和應力的