Transcript 构件承载能力分析基础
第一篇 汽车常用构件 力学分析 第三章 引子 工程中<材料力学>应用 汽车工程中承载能力问题 第三章 第一节 承载能力分析的基本知识 教学内容 # 承载能力分析的任务 # 承载能力分析研究的对象 # 杆件变形的基本形式 # 外力和内力 第三章 第一节 承载能力分析的基本知识 本章教学目标： 1）认识构件在外力作用下的受力、变形和 破坏规律。 2）掌握各种基本变形条件下杆件的内力计 算方法、应力计算方法。 3）能对杆件进行强度、刚度等承载能力计 算与分析，从而解决构件的强度或刚度等校 核、截面设计、承载能力确定等工作。 第三章 一、承载能力分析的任务 基本知识 材料的力学性能 -----指变形固体在力的作用下所表 现的力学性能。 构件的承载能力： 强度---构件抵抗破坏的能力 刚度---构件抵抗变形的能力 稳定性---构件保持原有平衡状态的 能力 第三章 构件受力实例1 横梁 连杆 轴销 塞活杆 上平台 工件 下平台 简易压力机横梁、连杆受力可能破坏 第三章 气缸 构件受力实例2 变速器传动轴受力变形、工作失稳 齿轮 传动轴 第三章 构件承载能力的要求 构件应具备足够的强度，以保证在规定 的使用条件下不致发生破坏。 构件应具备足够的刚度，以保证在规定 的使用条件下不产生过量的变形。 构件应具备足够的稳定性，以保证在规 定的使用条件下不产生失稳现象。 第三章 承载能力分析的任务 由上述三项构件安全工作的基本要求 可以看出：如何合理的选用材料（既安全又 经济）、如何恰当的确定构件的截面形状和 尺寸，便成为构件设计中十分重要的问题。 承载能力分析的主要任务是：研究构件 在外力作用下的受力、变形和破坏规律，为 合理设计构件提供有关强度、刚度和稳定性 分析的基本理论和方法。 第三章 承载能力分析的任务 静力分析 失效分析 受力分析 内力分析 应力分析 强度设计 刚度设计 第三章 稳定设计 二、变形固体及其基本假设 1.研究对象—变形固体 基本假设: 均匀连续性假设: 各向同性假设: 弹性小变形条件: 第三章 变形固体的基本假设 连续性假设 假设在固体所占有的空间内毫无空隙的充满了物 质. 均匀性假设 假设材料的力学性能在各处都是相同的。 各向同性假设 假设变形固体各个方向的力学性能都相同 因此变形体是“连续、均匀的各向同性体”。 第三章 二、变形固体及其基本假设 2. 变形 ——构件在载荷作用下，其形状和尺寸发生变化的 现象； 变形固体的变形通常可分为两种： 弹性变形——载荷解除后变形随之消失的变形 塑性变形——载荷解除后变形不能消失的变形 材料力学研究的主要是弹性变形，并且只限于弹 性小变形，即变形量远远小于其自身尺寸的变形 在构件承载能力的问题中，考察物体的平衡时，仍沿用 “刚体”的力学模型。 第三章 三、杆件变形的基本形式 1、承载能力分析研究的对象的几何特点 杆件—横向尺寸远小于纵向尺寸的构件 轴线 横截面 截面形心 在研究问题时，往往将杆件的外形因素忽略，对 其抽象、简化为计算简图: 用 简单的线条、符号表示工程构件和机构等。 第三章 2、杆件变形的基本形式 轴向拉伸与压缩 剪切与挤压 扭转 弯曲 两种或两种以上的基本变形组合而成的， 称为组合变形。 第三章 第三章 四、内力、截面法与应力 1.内力和内力图 外力:构件所受其他物体对它的 作用力.包括主动力和约束反力。 内力： 外力作用引起的杆件内部相互 作用力的改变量。 第三章 注意:内力随外力 的大小而变化,与 构件承载能力密切 相关. 内力计算--截面法 m F 步骤 将杆件在欲求内力的截 m 面处假想的切开； 取其中任一部分并在截 F FN 面上画出相应内力； 由平衡条件确定内力大 F`N 小。 FN 例：左图 左半部分： ∑Fx=0 FN=F 右半部分： , ∑Fx=0 FN = F 第三章 F F 以上求内力的方法称为截面法，截面法是求内力最基 本的方法。步骤：截、弃、代、平 注意：截面不能选在外力作用点处的截面上。 内力图：表示内力随 截面位置变化的曲线。 m F 作图方法： F m 用平行于杆轴线的x坐 标表示横截面位置，用垂 FN 直于x的坐标FN表示横截面 内力的大小，按选定的比 例，把内力表示在x-FN坐标 系中，描出的 第三章 x 2.应力 应力的概念： 内力在截面上的集度称为应力． 单位:帕斯卡，简称帕，记作Pa， 1Pa ＝ 1N／m2 。 1kPa＝103Pa， 常用:兆帕 1MPa＝106Pa 千兆 1GPa＝109Pa 第三章 工程构件，大多数情形下，内力并非均匀分布，集度的定 义不仅准确而且重要，因为“破坏”或“失效”往往从内力集 度最大处开始。 应力的表示： ①平均应力： ΔP pM ΔA P M A ②全应力（总应力）： Δ P dP pM lim dA Δ A0 Δ A 第三章 ③全应力分解为： 垂直于截面的应力称为“正应力” Δ N dN lim dA Δ A0 Δ A p 位于截面内的应力称为“剪应力” Δ T dT lim dA Δ A0 Δ A 第三章 M 课后小结 重点概念： 强度.刚度.稳定性.变形.内力.应力 基本方法: 截面法求内力. 第三章