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1、第六章第六章 拉压杆件的强度与连接件设计拉压杆件的强度与连接件设计6.1 6.1 强度条件和安全系数强度条件和安全系数6.3 6.3 剪切及其实用计算剪切及其实用计算6.2 6.2 拉压杆件的强度设计拉压杆件的强度设计6.4 6.4 挤压及其实用计算挤压及其实用计算6.5 6.5 连接件的强度设计连接件的强度设计 为保证完成其正常功能，所设计的结构或构件为保证完成其正常功能，所设计的结构或构件 必须具有适当的强度和刚度。必须具有适当的强度和刚度。结结构和构件既要构和构件既要构和构件既要构和构件既要满满足足足足强强度要求，也要度要求，也要度要求，也要度要求，也要满满足足足足刚刚度要求。度要求。度
2、要求。度要求。工程中一般以工程中一般以工程中一般以工程中一般以强强度控制度控制度控制度控制设计设计，然后校核，然后校核，然后校核，然后校核刚刚度。度。度。度。6.1 6.1 强度条件和安全系数强度条件和安全系数强度强度强度强度 结构或构件抵抗破坏的能力结构或构件抵抗破坏的能力 承担预定的载荷而不发生破坏，则强度足够。承担预定的载荷而不发生破坏，则强度足够。所有的构件所有的构件(不允许破坏机械、结构不允许破坏机械、结构;需要破坏时，如剪板、冲孔、安全堵等需要破坏时，如剪板、冲孔、安全堵等),都有必要的强度要求。都有必要的强度要求。刚度刚度刚度刚度 结构或构件抵抗变形的能力；结构或构件抵抗变形的能
3、力；变形应限制在保证正常工作所允许的范围内。变形应限制在保证正常工作所允许的范围内。一、极限应力一、极限应力 材料破坏时的应力称为极限应力材料破坏时的应力称为极限应力 塑性材料用屈服点塑性材料用屈服点s。脆性材料用抗拉强度脆性材料用抗拉强度b。二、安全系数和许用应力二、安全系数和许用应力 材料的最大应力小于极限应力时，材料是安全的。但由于材料的最大应力小于极限应力时，材料是安全的。但由于1 1简化时产生的误差和应用有误差的计算公式。简化时产生的误差和应用有误差的计算公式。2 2荷载的误差，如风荷载。荷载的误差，如风荷载。3 3材料的误差。新和旧。材料的误差。新和旧。因此引入安全系数作为应力储备
4、。用极限应力除以安全系数作为因此引入安全系数作为应力储备。用极限应力除以安全系数作为允许采用的应力数值，称为许用应力，用允许采用的应力数值，称为许用应力，用表示：表示：n为一个大于的数，材料性质不同，为一个大于的数，材料性质不同，n的大小也不同。的大小也不同。塑性材料和脆性材料的许用应力分别为：塑性材料和脆性材料的许用应力分别为：选用安全系数时，考虑以下主要因素：选用安全系数时，考虑以下主要因素：（）载荷的准确性和平稳性）载荷的准确性和平稳性（）工作应力计算的近似性（）工作应力计算的近似性（）材料性质的均匀性（）材料性质的均匀性（）构件必要的强度储备（）构件必要的强度储备 塑性材料，可取屈服安
5、全系数塑性材料，可取屈服安全系数ns。脆性材料，可取强。脆性材料，可取强度安全系数度安全系数nb三、强度条件：三、强度条件：对于等截面直杆，上式则为对于等截面直杆，上式则为 6.2 6.2 拉压杆件的强度设计拉压杆件的强度设计依据依据强度条件度条件，进行，进行强度度设计，包括：包括：=FN/A 1)1)强强度校核度校核度校核度校核 对初步设计的构件，校核是否满足强度条件。对初步设计的构件，校核是否满足强度条件。若强度不足，需要修改设计。若强度不足，需要修改设计。A FN/2)2)截面截面截面截面设计设计 选定材料，已知构件所承受的载荷时，选定材料，已知构件所承受的载荷时，设计满足强度要求的构件
6、的截面面积和尺寸。设计满足强度要求的构件的截面面积和尺寸。FN A 3)3)确定确定确定确定许许用用用用载载荷荷荷荷 已知构件的几何尺寸，许用应力，计算结构或已知构件的几何尺寸，许用应力，计算结构或 构件所能允许承受的最大载荷。构件所能允许承受的最大载荷。工作工作应力力 大、大、许用用应力力 小的小的截面截面。处处满足强度条件处处满足强度条件 危险截面满足强度条件危险截面满足强度条件。危险截面危险截面：注意：注意：注意：注意：对拉、压许用应力对拉、压许用应力对拉、压许用应力对拉、压许用应力不同的材料，应分别考虑，不同的材料，应分别考虑，不同的材料，应分别考虑，不同的材料，应分别考虑，即：即：即
7、：即：拉拉拉拉maxmax 拉拉拉拉 且且且且 压压压压maxmax bF FF FQQ =F FS S/A/A以以以以平均剪应力平均剪应力平均剪应力平均剪应力作为剪切面上的名义作为剪切面上的名义作为剪切面上的名义作为剪切面上的名义剪应力，则有：剪应力，则有：剪应力，则有：剪应力，则有：=F FS S/A/A注意：注意：1 1、剪切面。、剪切面。有单剪和双剪之分。有不同形状。有单剪和双剪之分。有不同形状。2 2、要剪断材料、要剪断材料,需满足：需满足：F FQbQbA A 一般情况下，塑性材料的许用切应力与许用拉应力之一般情况下，塑性材料的许用切应力与许用拉应力之间的关系：间的关系：=（）（）
8、6.4 6.4 挤压及其实用计算挤压及其实用计算1.1.挤压问题挤压问题 联接件承受剪切的同时，还受到挤压作联接件承受剪切的同时，还受到挤压作用，联接件和被联接件的接触面上将相互用，联接件和被联接件的接触面上将相互压紧，发生局部受压的现象，这种现象称压紧，发生局部受压的现象，这种现象称为为挤压挤压。挤压应力过大时，材料因变形过。挤压应力过大时，材料因变形过大而丧失承载能力。大而丧失承载能力。2.2.挤压的实用强度计算挤压的实用强度计算 挤压面上的应力称为挤压应力，用挤压面上的应力称为挤压应力，用bsbs表示。也采用假定计算的方法，即表示。也采用假定计算的方法，即F FF FQQ挤压强度条件：挤
9、压强度条件：接触面为平面，以接触面积为挤压面积接触面为平面，以接触面积为挤压面积接触面是圆柱面，用圆柱的直径平面面积作为挤压面接触面是圆柱面，用圆柱的直径平面面积作为挤压面积；即积；即Absd*t，t为被联接件的厚度为被联接件的厚度实际挤压面实际挤压面F Fj jF Fj jF Fj jF FF FdtF Fj j挤压面计算挤压面积ssjmax=dt(b)(c)max(b)j(c)6.5 6.5 连接件的强度设计连接件的强度设计连接件连接件连接件连接件:用螺栓、铆钉、销用螺栓、铆钉、销用螺栓、铆钉、销用螺栓、铆钉、销钉、键及零构件连接而成。钉、键及零构件连接而成。钉、键及零构件连接而成。钉、键
10、及零构件连接而成。铆钉：铆钉：剪切；挤压剪切；挤压。故故 接头可能的破坏形式接头可能的破坏形式接头可能的破坏形式接头可能的破坏形式 有：有：1)连接件连接件(铆钉、螺栓铆钉、螺栓)沿剪切面沿剪切面剪切剪切破坏。破坏。上板上板A A：孔边：孔边挤压挤压破坏；危险截面处的破坏；危险截面处的拉伸拉伸破坏。破坏。下板下板B B：孔边孔边挤压挤压破坏或危险截面处的破坏或危险截面处的拉伸拉伸破坏。破坏。2)连接件连接件和和被连接件被连接件接触面间的接触面间的挤压挤压破坏。破坏。3)被连接件被连接件在危险截面处的在危险截面处的拉压拉压破坏。破坏。连接件强度设计应校核拉压、剪、挤连接件强度设计应校核拉压、剪、
11、挤连接件强度设计应校核拉压、剪、挤连接件强度设计应校核拉压、剪、挤三种强度问题三种强度问题三种强度问题三种强度问题。F FF FF FF FQQ例：例：板宽板宽b=180mm,b=180mm,厚厚t t1212=18mm,=18mm,d=25mm,d=25mm,=140MPa,=100MPa,=140MPa,=100MPa,bsbs=280MPa=280MPa求：最大载荷求：最大载荷 P Pmaxmax=?=?解：各铆钉受力均匀，则有解：各铆钉受力均匀，则有F FQ Q=F=Fbsbs=P/5=P/51 1、铆钉剪切强度：、铆钉剪切强度：2 2、铆钉挤压强度：、铆钉挤压强度：t t1 1t t
12、2 2p p2 21 1b bp pp3 3、板的拉伸强度校核：、板的拉伸强度校核：分别画出板分别画出板1 1、2 2的轴力图，确定的轴力图，确定危险截面：危险截面：板板1 1的的1-11-1截面截面板板1的的2-2截面截面板板2中中1-1截面较危险截面较危险2 21 1b bp ppt t1 1t t2 2p p拉拉压强度条件度条件=FN/A =ys/n 延性材料延性材料 b/n 脆性材料脆性材料拉、压杆件；被连接件拉、压杆件；被连接件 =FS/A =b/n A 为剪切面面积为剪切面面积 剪切剪切强度条件度条件连接件连接件 j=Fj/Aj j Aj 为计算挤压面积为计算挤压面积 挤压强度条件
13、度条件连接件、被连接件连接件、被连接件小小 结结：1 1）强度条件度条件2)2)强强强强度条件是一种破坏判据。判据的左端是工作状度条件是一种破坏判据。判据的左端是工作状度条件是一种破坏判据。判据的左端是工作状度条件是一种破坏判据。判据的左端是工作状 态态态态下的控制参量（如下的控制参量（如下的控制参量（如下的控制参量（如应应应应力），由分析力），由分析力），由分析力），由分析计计计计算算算算给给给给出；出；出；出；右端右端右端右端则应则应则应则应是是是是该该该该参量的参量的参量的参量的临临临临界界界界值值值值，由，由，由，由实验实验实验实验确定。确定。确定。确定。3)利用强度条件，可以进行利用强度条件，可以进行 强度校核强度校核、截面设计截面设计、确定许用载荷确定许用载荷或或选材选材。