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1、第13章弯曲应力本讲稿第一页，共四十四页 13-1 引言引言 (Introduction)13-2 纯弯曲时的正应力纯弯曲时的正应力 (Normal stresses in pure beams)13-3 横力弯曲时的正应力横力弯曲时的正应力(Normal stresses in transverse bending )13-4 梁的切应力及强度条件梁的切应力及强度条件(Shear stresses in beams and strength condition)第第第第13131313章章章章 弯曲应力弯曲应力弯曲应力弯曲应力13-5 提高梁强度的主要措施提高梁强度的主要措施（Measure
2、s to strengthen the strength of beams)本讲稿第二页，共四十四页mmF FS SM一一一一、弯曲构件横截面上的应力弯曲构件横截面上的应力弯曲构件横截面上的应力弯曲构件横截面上的应力 (Stresses in flexural members)(Stresses in flexural members)当梁上有横向外力作用时，一般情况下，当梁上有横向外力作用时，一般情况下，当梁上有横向外力作用时，一般情况下，当梁上有横向外力作用时，一般情况下，梁的横截面上既有弯矩梁的横截面上既有弯矩梁的横截面上既有弯矩梁的横截面上既有弯矩MM，又有剪力又有剪力又有剪力又有剪力
3、F FS S.13-1 引言引言 (Introduction)mmF FS S mmM 只有与正应力有关的法向内力元素只有与正应力有关的法向内力元素只有与正应力有关的法向内力元素只有与正应力有关的法向内力元素 d dF FN N=d dA A 才能合成弯矩才能合成弯矩才能合成弯矩才能合成弯矩.弯矩弯矩弯矩弯矩MM 正应力正应力正应力正应力 剪力剪力剪力剪力F FS S 切应力切应力切应力切应力 内力内力内力内力 只有与切应力有关的切向内力元素只有与切应力有关的切向内力元素只有与切应力有关的切向内力元素只有与切应力有关的切向内力元素 d dF FS S=d dA A 才能合成才能合成才能合成才能
4、合成剪力；剪力；剪力；剪力；所以，在梁的横截面上一般既有正应力所以，在梁的横截面上一般既有正应力所以，在梁的横截面上一般既有正应力所以，在梁的横截面上一般既有正应力，又有切应力又有切应力又有切应力又有切应力.本讲稿第三页，共四十四页二、分析方法二、分析方法二、分析方法二、分析方法 (Analysis method)(Analysis method)平面弯曲时横截面平面弯曲时横截面平面弯曲时横截面平面弯曲时横截面 纯弯曲梁纯弯曲梁纯弯曲梁纯弯曲梁(横截面上只有横截面上只有横截面上只有横截面上只有MM而无而无而无而无F FS S的情况的情况的情况的情况)平面弯曲时横截面平面弯曲时横截面平面弯曲时横
5、截面平面弯曲时横截面 横力弯曲横力弯曲横力弯曲横力弯曲(横截面上既有横截面上既有横截面上既有横截面上既有F FS S又有又有又有又有MM的情况的情况的情况的情况)简支梁简支梁简支梁简支梁CDCD段任一横截面上，剪力等于段任一横截面上，剪力等于段任一横截面上，剪力等于段任一横截面上，剪力等于零，而弯矩为常量，所以该段梁的弯曲就是零，而弯矩为常量，所以该段梁的弯曲就是零，而弯矩为常量，所以该段梁的弯曲就是零，而弯矩为常量，所以该段梁的弯曲就是纯弯曲纯弯曲纯弯曲纯弯曲.若梁在某段内各横截面的弯矩为常量，若梁在某段内各横截面的弯矩为常量，若梁在某段内各横截面的弯矩为常量，若梁在某段内各横截面的弯矩为常
6、量，剪力为零，则该段梁的弯曲就称为剪力为零，则该段梁的弯曲就称为剪力为零，则该段梁的弯曲就称为剪力为零，则该段梁的弯曲就称为纯弯曲纯弯曲纯弯曲纯弯曲.三、纯弯曲三、纯弯曲三、纯弯曲三、纯弯曲（Pure bending)Pure bending)+FFFFaaCDAB+Fa本讲稿第四页，共四十四页变形的分布规律变形的分布规律变形的分布规律变形的分布规律变变变变形形形形几几几几何何何何关关关关系系系系物物物物理理理理关关关关系系系系静静静静力力力力关关关关系系系系 观察变形，观察变形，观察变形，观察变形，提出假设提出假设提出假设提出假设应力的分布规律应力的分布规律应力的分布规律应力的分布规律建立公
7、式建立公式建立公式建立公式Distribution regularity Distribution regularity of stressof stressEstablish the formulaEstablish the formuladeformationdeformationgeometricgeometricrelationshiprelationship Examine the deformationExamine the deformation，then propose the hypothesisthen propose the hypothesis Distribution
8、 regularity Distribution regularity of deformationof deformationphysicalphysicalrelationshiprelationshipstaticstaticrelationshiprelationship 13-2 纯弯曲时的正应力纯弯曲时的正应力 (Normal stresses in pure beams)本讲稿第五页，共四十四页一、实验一、实验一、实验一、实验（Experiment Experiment）1.1.1.1.变形现象变形现象变形现象变形现象（Deformation phenomenon)Deforma
9、tion phenomenon)纵向线纵向线纵向线纵向线且靠近顶端的纵向线缩短，且靠近顶端的纵向线缩短，且靠近顶端的纵向线缩短，且靠近顶端的纵向线缩短，靠近底端的纵向线段伸长靠近底端的纵向线段伸长靠近底端的纵向线段伸长靠近底端的纵向线段伸长.相对转过了一个角度，相对转过了一个角度，相对转过了一个角度，相对转过了一个角度，仍与变形后的纵向弧线仍与变形后的纵向弧线仍与变形后的纵向弧线仍与变形后的纵向弧线垂直垂直垂直垂直.各横向线仍保持为直线，各横向线仍保持为直线，各横向线仍保持为直线，各横向线仍保持为直线，各纵向线段弯成弧线，各纵向线段弯成弧线，各纵向线段弯成弧线，各纵向线段弯成弧线，横向线横向线
10、横向线横向线里坡 本讲稿第六页，共四十四页2.2.2.2.提出假设提出假设提出假设提出假设(Assumptions(Assumptions）（a a a a）平面假设：变形前为平面的横截面）平面假设：变形前为平面的横截面）平面假设：变形前为平面的横截面）平面假设：变形前为平面的横截面 变形后仍保持为平面且垂直于变形变形后仍保持为平面且垂直于变形变形后仍保持为平面且垂直于变形变形后仍保持为平面且垂直于变形 后的梁轴线；后的梁轴线；后的梁轴线；后的梁轴线；（b b b b）单向受力假设：纵向纤维不相互挤）单向受力假设：纵向纤维不相互挤）单向受力假设：纵向纤维不相互挤）单向受力假设：纵向纤维不相互挤
11、 压，只受单向拉压压，只受单向拉压压，只受单向拉压压，只受单向拉压.推论：推论：推论：推论：必有一层变形前后长度不变的纤维必有一层变形前后长度不变的纤维必有一层变形前后长度不变的纤维必有一层变形前后长度不变的纤维中性层中性层中性层中性层中性轴中性轴中性轴中性轴 横截面对称轴横截面对称轴横截面对称轴横截面对称轴中性轴中性轴横截面对称轴横截面对称轴横截面对称轴横截面对称轴 中性层中性层中性层中性层本讲稿第七页，共四十四页dx图（图（图（图（b b）yzxO应变分布规律：应变分布规律：应变分布规律：应变分布规律：直梁纯弯曲时纵向纤维的应变与它到中性层的距离成正比直梁纯弯曲时纵向纤维的应变与它到中性层
12、的距离成正比直梁纯弯曲时纵向纤维的应变与它到中性层的距离成正比直梁纯弯曲时纵向纤维的应变与它到中性层的距离成正比.图（图（图（图（a a）d dx x二、变形几何关系二、变形几何关系二、变形几何关系二、变形几何关系（Deformation geometric relation Deformation geometric relation）图（图（图（图（c c）yzyxOObbybbOO本讲稿第八页，共四十四页三、物理关系三、物理关系三、物理关系三、物理关系(Physical relationship)Physical relationship)所以所以所以所以Hookes LawHookes
13、 LawMyzOx 直梁纯弯曲时横截面上任意一点的正应力，与它到中性轴的直梁纯弯曲时横截面上任意一点的正应力，与它到中性轴的直梁纯弯曲时横截面上任意一点的正应力，与它到中性轴的直梁纯弯曲时横截面上任意一点的正应力，与它到中性轴的距离成正比距离成正比距离成正比距离成正比.应力分布规律：应力分布规律：应力分布规律：应力分布规律：?待解决问题待解决问题待解决问题待解决问题中性轴的位置中性轴的位置中性轴的位置中性轴的位置中性层的曲率半径中性层的曲率半径中性层的曲率半径中性层的曲率半径r r r r?本讲稿第九页，共四十四页yzxOMd dA AzyddA A四、静力关系四、静力关系四、静力关系四、静力
14、关系(Static relationship(Static relationship）横截面上内力系为垂直于横截面的空横截面上内力系为垂直于横截面的空横截面上内力系为垂直于横截面的空横截面上内力系为垂直于横截面的空间平行力系，间平行力系，间平行力系，间平行力系，这一力系简化得到三个内力这一力系简化得到三个内力这一力系简化得到三个内力这一力系简化得到三个内力分量分量分量分量.FNMzMy内力与外力相平衡可得内力与外力相平衡可得内力与外力相平衡可得内力与外力相平衡可得:（1 1）（2 2）（3 3 3 3）本讲稿第十页，共四十四页将应力表达式代入（将应力表达式代入（将应力表达式代入（将应力表达式代
15、入（1 1 1 1）式，得）式，得）式，得）式，得将应力表达式代入（将应力表达式代入（将应力表达式代入（将应力表达式代入（2 2 2 2）式，得）式，得）式，得）式，得将应力表达式代入将应力表达式代入将应力表达式代入将应力表达式代入(3)(3)(3)(3)式，得式，得式，得式，得中性轴通过横截面形心中性轴通过横截面形心中性轴通过横截面形心中性轴通过横截面形心自然满足自然满足自然满足自然满足本讲稿第十一页，共四十四页将将将将代入代入代入代入得到得到得到得到纯弯曲时横截面上正应力的计算公式纯弯曲时横截面上正应力的计算公式纯弯曲时横截面上正应力的计算公式纯弯曲时横截面上正应力的计算公式:MM为梁横截
16、面上的弯矩；为梁横截面上的弯矩；为梁横截面上的弯矩；为梁横截面上的弯矩；y y为梁横截面上任意一点到中性轴的距离；为梁横截面上任意一点到中性轴的距离；为梁横截面上任意一点到中性轴的距离；为梁横截面上任意一点到中性轴的距离；I Iz z为梁横截面对中性轴的惯性矩为梁横截面对中性轴的惯性矩为梁横截面对中性轴的惯性矩为梁横截面对中性轴的惯性矩.本讲稿第十二页，共四十四页讨论讨论 （1 1）应用公式时，一般将）应用公式时，一般将）应用公式时，一般将）应用公式时，一般将 MyMy 以绝对值代入以绝对值代入以绝对值代入以绝对值代入.根据梁变形的情况直接判根据梁变形的情况直接判根据梁变形的情况直接判根据梁变
17、形的情况直接判断断断断 的正负号的正负号的正负号的正负号.以中性轴为界，梁变形后凸出边的应力为拉应力以中性轴为界，梁变形后凸出边的应力为拉应力以中性轴为界，梁变形后凸出边的应力为拉应力以中性轴为界，梁变形后凸出边的应力为拉应力(为正号为正号为正号为正号).).凹入边的应力为压应力（凹入边的应力为压应力（凹入边的应力为压应力（凹入边的应力为压应力（为负号）；为负号）；为负号）；为负号）；（2 2）最大正应力发生在横截面上离中性轴最远的点处）最大正应力发生在横截面上离中性轴最远的点处）最大正应力发生在横截面上离中性轴最远的点处）最大正应力发生在横截面上离中性轴最远的点处.则公式改写为则公式改写为则
18、公式改写为则公式改写为引用记号引用记号引用记号引用记号抗弯截面系数抗弯截面系数抗弯截面系数抗弯截面系数本讲稿第十三页，共四十四页（1 1）当中性轴为对称轴时）当中性轴为对称轴时）当中性轴为对称轴时）当中性轴为对称轴时矩形截面矩形截面矩形截面矩形截面实心圆截面实心圆截面实心圆截面实心圆截面空心圆截面空心圆截面空心圆截面空心圆截面bhzyzdyzDdy本讲稿第十四页，共四十四页zy（2 2）对于中性轴不是对称轴的横截面）对于中性轴不是对称轴的横截面）对于中性轴不是对称轴的横截面）对于中性轴不是对称轴的横截面M 应分别以横截面上受拉和受压部分距中性轴最远的距离应分别以横截面上受拉和受压部分距中性轴最
19、远的距离应分别以横截面上受拉和受压部分距中性轴最远的距离应分别以横截面上受拉和受压部分距中性轴最远的距离 和和和和 直接代入公式直接代入公式直接代入公式直接代入公式:本讲稿第十五页，共四十四页 当梁上有横向力作用时，横截面上既又弯矩又有剪力当梁上有横向力作用时，横截面上既又弯矩又有剪力当梁上有横向力作用时，横截面上既又弯矩又有剪力当梁上有横向力作用时，横截面上既又弯矩又有剪力.梁在此梁在此梁在此梁在此种情况下的弯曲称为横力弯曲种情况下的弯曲称为横力弯曲种情况下的弯曲称为横力弯曲种情况下的弯曲称为横力弯曲.13-3 横力弯曲时的正应力横力弯曲时的正应力(Normal stresses of th
20、e beam in nonuniform bending)横力弯曲时，梁的横截面上既有正应力又有切应力横力弯曲时，梁的横截面上既有正应力又有切应力横力弯曲时，梁的横截面上既有正应力又有切应力横力弯曲时，梁的横截面上既有正应力又有切应力.切应力使横截面发切应力使横截面发切应力使横截面发切应力使横截面发生翘曲，横向力引起与中性层平行的纵截面的挤压应力，纯弯曲时所作的平生翘曲，横向力引起与中性层平行的纵截面的挤压应力，纯弯曲时所作的平生翘曲，横向力引起与中性层平行的纵截面的挤压应力，纯弯曲时所作的平生翘曲，横向力引起与中性层平行的纵截面的挤压应力，纯弯曲时所作的平面假设和单向受力假设都不成立面假设和
21、单向受力假设都不成立面假设和单向受力假设都不成立面假设和单向受力假设都不成立.一、横力弯曲一、横力弯曲一、横力弯曲一、横力弯曲(Nonuniform bending)(Nonuniform bending)虽然横力弯曲与纯弯曲存在这些差异，但虽然横力弯曲与纯弯曲存在这些差异，但虽然横力弯曲与纯弯曲存在这些差异，但虽然横力弯曲与纯弯曲存在这些差异，但弹性力学的结果弹性力学的结果弹性力学的结果弹性力学的结果表表表表明，工程中常用的梁明，工程中常用的梁明，工程中常用的梁明，工程中常用的梁(当当当当l/h5l/h5时时时时)，纯弯曲时的正应力计算公式，纯弯曲时的正应力计算公式，纯弯曲时的正应力计算公式
22、，纯弯曲时的正应力计算公式，可以精确的计算横力弯曲时横截面上的正应力可以精确的计算横力弯曲时横截面上的正应力可以精确的计算横力弯曲时横截面上的正应力可以精确的计算横力弯曲时横截面上的正应力.等直梁横力弯曲时横截面上的正应力公式为等直梁横力弯曲时横截面上的正应力公式为等直梁横力弯曲时横截面上的正应力公式为等直梁横力弯曲时横截面上的正应力公式为本讲稿第十六页，共四十四页二、公式的应用范围二、公式的应用范围二、公式的应用范围二、公式的应用范围(The applicable range of the flexure formula)(The applicable range of the flexur
23、e formula)1.1.1.1.在弹性范围内在弹性范围内在弹性范围内在弹性范围内(All stresses in the beam are below the proportional limit)(All stresses in the beam are below the proportional limit)3.3.3.3.平面弯曲平面弯曲平面弯曲平面弯曲（Plane bendingPlane bending）4.4.4.4.直梁直梁直梁直梁（Straight beamsStraight beams）2.2.2.2.具有切应力的梁具有切应力的梁具有切应力的梁具有切应力的梁（The b
24、eam with the shear stressThe beam with the shear stress）三、强度条件三、强度条件三、强度条件三、强度条件（Strength condition)Strength condition)1.1.1.1.数学表达式数学表达式数学表达式数学表达式（Mathematical formula)Mathematical formula)梁内的最大工作应力不超过材料的许用应力梁内的最大工作应力不超过材料的许用应力梁内的最大工作应力不超过材料的许用应力梁内的最大工作应力不超过材料的许用应力.本讲稿第十七页，共四十四页2.2.2.2.强度条件的应用强度条件的
25、应用强度条件的应用强度条件的应用(Application of strength condition)(Application of strength condition)（2 2 2 2）设计截面）设计截面）设计截面）设计截面（3 3 3 3）确定许可载荷）确定许可载荷）确定许可载荷）确定许可载荷（1 1 1 1）强度校核强度校核强度校核强度校核 对于铸铁等脆性材料制成的梁，由于材料的对于铸铁等脆性材料制成的梁，由于材料的对于铸铁等脆性材料制成的梁，由于材料的对于铸铁等脆性材料制成的梁，由于材料的且梁横截面的且梁横截面的且梁横截面的且梁横截面的中性轴中性轴中性轴中性轴一般也不是对称轴，所以梁
26、的一般也不是对称轴，所以梁的一般也不是对称轴，所以梁的一般也不是对称轴，所以梁的（两者有时并不发生在同一横截面上）（两者有时并不发生在同一横截面上）（两者有时并不发生在同一横截面上）（两者有时并不发生在同一横截面上）要求分别不超过材料的许用拉应力和许用压应力要求分别不超过材料的许用拉应力和许用压应力要求分别不超过材料的许用拉应力和许用压应力要求分别不超过材料的许用拉应力和许用压应力本讲稿第十八页，共四十四页例题例题例题例题1 1 螺栓压板夹紧装置如图所示螺栓压板夹紧装置如图所示螺栓压板夹紧装置如图所示螺栓压板夹紧装置如图所示.已知板长已知板长已知板长已知板长3 3a a150mm150mm，压
27、板材料的，压板材料的，压板材料的，压板材料的弯曲许用应力弯曲许用应力弯曲许用应力弯曲许用应力 140MP.140MP.试计算压板传给工件的最大允许压紧力试计算压板传给工件的最大允许压紧力试计算压板传给工件的最大允许压紧力试计算压板传给工件的最大允许压紧力F F.ACBFa2a203014FRAFRB解：（解：（解：（解：（1 1）作出弯矩图的最大弯矩为）作出弯矩图的最大弯矩为）作出弯矩图的最大弯矩为）作出弯矩图的最大弯矩为FaFa；（2 2）求惯性矩，抗弯截面系数）求惯性矩，抗弯截面系数）求惯性矩，抗弯截面系数）求惯性矩，抗弯截面系数（3 3）求许可载荷）求许可载荷）求许可载荷）求许可载荷+F
28、a本讲稿第十九页，共四十四页80y1y22020120z例题例题例题例题2 T2 T形截面铸铁梁的荷载和截面尺寸如图所示形截面铸铁梁的荷载和截面尺寸如图所示形截面铸铁梁的荷载和截面尺寸如图所示形截面铸铁梁的荷载和截面尺寸如图所示.铸铁的许用拉应力铸铁的许用拉应力铸铁的许用拉应力铸铁的许用拉应力为为为为 t t=30MPa =30MPa，许用压应力为许用压应力为许用压应力为许用压应力为 c c=160MPa.=160MPa.已知截面对形心轴已知截面对形心轴已知截面对形心轴已知截面对形心轴z z的惯性矩为的惯性矩为的惯性矩为的惯性矩为 I Iz z =763cm=763cm4 4，y y1 1 =
29、52mm=52mm，校核梁的强度，校核梁的强度，校核梁的强度，校核梁的强度.F1=9kNF2=4kNACBD1m1m1m本讲稿第二十页，共四十四页FRAFRBF1=9kNF2=4kNACBD1m1m1m解：解：解：解：最大正弯矩在截面最大正弯矩在截面最大正弯矩在截面最大正弯矩在截面C C上上上上最大负弯矩在截面最大负弯矩在截面最大负弯矩在截面最大负弯矩在截面B B上上上上 B B截面截面截面截面-+4kNm2.5kNm80y1y22020120zC C截面截面截面截面本讲稿第二十一页，共四十四页一、梁横截面上的切应力一、梁横截面上的切应力一、梁横截面上的切应力一、梁横截面上的切应力（Shear
30、 stresses in beamsShear stresses in beams）1.1.1.1.矩形截面梁矩形截面梁矩形截面梁矩形截面梁(Beam of rectangular cross section)(Beam of rectangular cross section)13-4 梁的切应力及强度条件梁的切应力及强度条件（1 1）两个假设）两个假设）两个假设）两个假设(Two assumptions)(Two assumptions)（a a a a）切应力与剪力平行；切应力与剪力平行；切应力与剪力平行；切应力与剪力平行；（b b b b）切应力沿截面宽度均匀分布）切应力沿截面宽度均匀
31、分布）切应力沿截面宽度均匀分布）切应力沿截面宽度均匀分布（距中性轴等距离处切应力相等）（距中性轴等距离处切应力相等）（距中性轴等距离处切应力相等）（距中性轴等距离处切应力相等）.q(x)F1F2本讲稿第二十二页，共四十四页（2 2）分析方法）分析方法）分析方法）分析方法(Analysis method)(Analysis method)（a a）用横截面用横截面用横截面用横截面mm-mm,n n-n n从梁中截取从梁中截取从梁中截取从梁中截取 d dx x一段一段一段一段.两横截面上的弯矩不等两横截面上的弯矩不等两横截面上的弯矩不等两横截面上的弯矩不等.所以所以所以所以两截面同一两截面同一两截
32、面同一两截面同一y y处的正应力也不等；处的正应力也不等；处的正应力也不等；处的正应力也不等；（b b）假想地从梁段上截出体积元素假想地从梁段上截出体积元素假想地从梁段上截出体积元素假想地从梁段上截出体积元素mBmB1 1，在两端面在两端面在两端面在两端面mAmA1 1，nBnB1 1上两个法向上两个法向上两个法向上两个法向 内力不内力不内力不内力不等等等等.q(x)F1F2mmnnxdxmnnmxyzObdxmmhnyABA1B1ABB1A1mnxzyymmFN2FN1本讲稿第二十三页，共四十四页mnnmxyzOyABA1B1bdxmmhn（c c）在纵截面上必有沿）在纵截面上必有沿）在纵截
33、面上必有沿）在纵截面上必有沿 x x 方向的切向内力方向的切向内力方向的切向内力方向的切向内力d dF FS S.故在此面上就有切应故在此面上就有切应故在此面上就有切应故在此面上就有切应力力力力.根据假设，横截面上距中性轴等远的各点处切应力大小相等根据假设，横截面上距中性轴等远的各点处切应力大小相等根据假设，横截面上距中性轴等远的各点处切应力大小相等根据假设，横截面上距中性轴等远的各点处切应力大小相等.各点的切应力方向均与截面侧边平行各点的切应力方向均与截面侧边平行各点的切应力方向均与截面侧边平行各点的切应力方向均与截面侧边平行.取分离体的平衡即可求出取分离体的平衡即可求出取分离体的平衡即可求
34、出取分离体的平衡即可求出.zFN2ABB1A1mnxyyFN1dFSmm本讲稿第二十四页，共四十四页ABB1A1mnxzyymFN1FN2dFS（3 3）公式推导）公式推导）公式推导）公式推导(Derivation of the formula)(Derivation of the formula)假设假设假设假设mm-mm，n n-n n上的弯矩为上的弯矩为上的弯矩为上的弯矩为MM和和和和MM+d+dMM，两截，两截，两截，两截面上距中性轴面上距中性轴面上距中性轴面上距中性轴 y y1 1 处的正应力为处的正应力为处的正应力为处的正应力为 1 1 和和和和 2 2.A A1 1为距中性轴为为
35、距中性轴为为距中性轴为为距中性轴为y y的横线以外部分的横截面面积的横线以外部分的横截面面积的横线以外部分的横截面面积的横线以外部分的横截面面积.式中：式中：式中：式中：为面积为面积为面积为面积A A1 1对中性轴的静矩对中性轴的静矩对中性轴的静矩对中性轴的静矩.A A1 1本讲稿第二十五页，共四十四页化简后得化简后得化简后得化简后得由平衡方程由平衡方程由平衡方程由平衡方程A A1 1ABB1A1mnxzyymFN2FN1dFS本讲稿第二十六页，共四十四页b矩型截面的宽度矩型截面的宽度矩型截面的宽度矩型截面的宽度.yz整个横截面对中性轴的惯性矩整个横截面对中性轴的惯性矩整个横截面对中性轴的惯性
36、矩整个横截面对中性轴的惯性矩.距中性轴为距中性轴为距中性轴为距中性轴为y y的横线以外部分横的横线以外部分横的横线以外部分横的横线以外部分横截面面积对中性轴的静矩截面面积对中性轴的静矩截面面积对中性轴的静矩截面面积对中性轴的静矩.（4 4）切应力沿截面高度的变化规律）切应力沿截面高度的变化规律）切应力沿截面高度的变化规律）切应力沿截面高度的变化规律(The shear-stress distribution on the rectangular cross section)(The shear-stress distribution on the rectangular cross secti
37、on)沿截面高度的变化由静矩沿截面高度的变化由静矩沿截面高度的变化由静矩沿截面高度的变化由静矩 与与与与y y之间的关系确定之间的关系确定之间的关系确定之间的关系确定.本讲稿第二十七页，共四十四页y1nBmAxyzOyA1B1m1可见，切应力沿截面高度按抛物线规律变化可见，切应力沿截面高度按抛物线规律变化可见，切应力沿截面高度按抛物线规律变化可见，切应力沿截面高度按抛物线规律变化.z maxmaxy y=h h/2/2（即在横截面上距中性轴最远处）（即在横截面上距中性轴最远处）（即在横截面上距中性轴最远处）（即在横截面上距中性轴最远处）=0=0=0=0y=y=0 0（即在中性轴上各点处），切应
38、力达到最大值（即在中性轴上各点处），切应力达到最大值（即在中性轴上各点处），切应力达到最大值（即在中性轴上各点处），切应力达到最大值式中，式中，式中，式中，A=bhA=bh为矩形截面的面积为矩形截面的面积为矩形截面的面积为矩形截面的面积.本讲稿第二十八页，共四十四页z截面静矩的计算方法截面静矩的计算方法截面静矩的计算方法截面静矩的计算方法A A为截面面积为截面面积为截面面积为截面面积为截面的形心坐标为截面的形心坐标为截面的形心坐标为截面的形心坐标A A1 12.2.2.2.工字形截面梁工字形截面梁工字形截面梁工字形截面梁（工（工（工（工-section beam)-section beam)假
39、设求应力的点到中性轴的距离为假设求应力的点到中性轴的距离为假设求应力的点到中性轴的距离为假设求应力的点到中性轴的距离为y y.研究方法与矩形截面同，切应力的计算公式亦为：研究方法与矩形截面同，切应力的计算公式亦为：研究方法与矩形截面同，切应力的计算公式亦为：研究方法与矩形截面同，切应力的计算公式亦为：HoyxbzhB本讲稿第二十九页，共四十四页d d 腹板的厚度腹板的厚度腹板的厚度腹板的厚度Ozydxy 距中性轴为距中性轴为距中性轴为距中性轴为y的横线以外部分的横截的横线以外部分的横截的横线以外部分的横截的横线以外部分的横截 面面积面面积面面积面面积A A对中性轴的静矩对中性轴的静矩对中性轴的
40、静矩对中性轴的静矩.minminozy maxmax maxmax（a a）腹板上的切应力沿腹板高度按二次）腹板上的切应力沿腹板高度按二次）腹板上的切应力沿腹板高度按二次）腹板上的切应力沿腹板高度按二次抛物线规律变化；抛物线规律变化；抛物线规律变化；抛物线规律变化；（b b）最大切应力也在中性轴上）最大切应力也在中性轴上）最大切应力也在中性轴上）最大切应力也在中性轴上.这也是整个这也是整个这也是整个这也是整个横截面上的最大切应力横截面上的最大切应力横截面上的最大切应力横截面上的最大切应力.本讲稿第三十页，共四十四页 minmin maxmax式中式中式中式中:中性轴任一边的半个横截面面积对中性
41、轴任一边的半个横截面面积对中性轴任一边的半个横截面面积对中性轴任一边的半个横截面面积对 中性轴的静矩中性轴的静矩中性轴的静矩中性轴的静矩.ydzO假设：假设：假设：假设：（a a）沿宽度）沿宽度）沿宽度）沿宽度k k-kk上各点处的切应力上各点处的切应力上各点处的切应力上各点处的切应力 均汇交于均汇交于均汇交于均汇交于O O 点；点；点；点；（b b）各点处切应力沿）各点处切应力沿）各点处切应力沿）各点处切应力沿y y方向的分量沿方向的分量沿方向的分量沿方向的分量沿 宽度相等宽度相等宽度相等宽度相等.在截面边缘上各点的切应力的方向与圆周相切在截面边缘上各点的切应力的方向与圆周相切在截面边缘上各
42、点的切应力的方向与圆周相切在截面边缘上各点的切应力的方向与圆周相切.3.3.圆截面梁圆截面梁圆截面梁圆截面梁(Beam of circular cross section)(Beam of circular cross section)Ozy maxmax本讲稿第三十一页，共四十四页最大切应力发生在中性轴上最大切应力发生在中性轴上最大切应力发生在中性轴上最大切应力发生在中性轴上ydzO式中式中式中式中为圆截面的面积为圆截面的面积为圆截面的面积为圆截面的面积.4.4.4.4.圆环形截面梁圆环形截面梁圆环形截面梁圆环形截面梁(Circular pipe beam)(Circular pipe be
43、am)图示为一段薄壁环形截面梁图示为一段薄壁环形截面梁图示为一段薄壁环形截面梁图示为一段薄壁环形截面梁.环壁厚度为环壁厚度为环壁厚度为环壁厚度为 ，环，环，环，环的平均半径为的平均半径为的平均半径为的平均半径为r r0 0，由于由于由于由于 r r0 0 故可假设故可假设故可假设故可假设（a a）横截面上切应力的大小沿壁厚无变化；）横截面上切应力的大小沿壁厚无变化；）横截面上切应力的大小沿壁厚无变化；）横截面上切应力的大小沿壁厚无变化；（b b）切应力的方向与圆周相切）切应力的方向与圆周相切）切应力的方向与圆周相切）切应力的方向与圆周相切.zyr0本讲稿第三十二页，共四十四页式中式中式中式中
44、A A=2=2 r r0 0 为环形截面的面积为环形截面的面积为环形截面的面积为环形截面的面积横截面上最大的切应力发生中性轴上，其值为横截面上最大的切应力发生中性轴上，其值为横截面上最大的切应力发生中性轴上，其值为横截面上最大的切应力发生中性轴上，其值为zyr0二、强度条件二、强度条件二、强度条件二、强度条件（Strength conditionStrength condition）三、需要校核切应力的几种特殊情况三、需要校核切应力的几种特殊情况三、需要校核切应力的几种特殊情况三、需要校核切应力的几种特殊情况（1 1 1 1）梁的跨度较短，）梁的跨度较短，）梁的跨度较短，）梁的跨度较短，MM
45、较小，而较小，而较小，而较小，而F FS S较大时较大时较大时较大时,要校核切应力；要校核切应力；要校核切应力；要校核切应力；（2 2 2 2）铆接或焊接的组合截面）铆接或焊接的组合截面）铆接或焊接的组合截面）铆接或焊接的组合截面,其腹板的厚度与高度比小于型钢其腹板的厚度与高度比小于型钢其腹板的厚度与高度比小于型钢其腹板的厚度与高度比小于型钢 的相应比值时，要校核切应力；的相应比值时，要校核切应力；的相应比值时，要校核切应力；的相应比值时，要校核切应力；（3 3 3 3）各向异性材料各向异性材料各向异性材料各向异性材料(如木材如木材如木材如木材)的抗剪能力较差，的抗剪能力较差，的抗剪能力较差，
46、的抗剪能力较差，要校核切应力要校核切应力要校核切应力要校核切应力.maxmax本讲稿第三十三页，共四十四页F例题例题例题例题3 3 一简易起重设备如图所示一简易起重设备如图所示一简易起重设备如图所示一简易起重设备如图所示.起重量起重量起重量起重量(包含电葫芦自重包含电葫芦自重包含电葫芦自重包含电葫芦自重)F F=30 kN.=30 kN.跨长跨长跨长跨长l l=5 =5 m.m.吊车大梁吊车大梁吊车大梁吊车大梁ABAB由由由由20a20a工字钢制成工字钢制成工字钢制成工字钢制成.其许其许其许其许用弯曲正应力用弯曲正应力用弯曲正应力用弯曲正应力 =170MPa,=170MPa,许用弯曲切应许用弯
47、曲切应许用弯曲切应许用弯曲切应力力力力 =100MPa=100MPa，试校核梁的强度，试校核梁的强度，试校核梁的强度，试校核梁的强度.5mAB2.5mFC解：此吊车梁可简化为简支梁，力解：此吊车梁可简化为简支梁，力解：此吊车梁可简化为简支梁，力解：此吊车梁可简化为简支梁，力 F F 在梁在梁在梁在梁中间位置时有最大正应力中间位置时有最大正应力中间位置时有最大正应力中间位置时有最大正应力.（a a）正应力强度校核）正应力强度校核）正应力强度校核）正应力强度校核由型钢表查得由型钢表查得由型钢表查得由型钢表查得20a20a工字钢的工字钢的工字钢的工字钢的所以梁的最大正应力为所以梁的最大正应力为所以梁
48、的最大正应力为所以梁的最大正应力为+37.5 kNm本讲稿第三十四页，共四十四页+FSmax5mABFC（b b）切应力强度校核）切应力强度校核）切应力强度校核）切应力强度校核 在计算最大切应力时，应取荷载在计算最大切应力时，应取荷载在计算最大切应力时，应取荷载在计算最大切应力时，应取荷载F F在紧靠任一支座例如支座在紧靠任一支座例如支座在紧靠任一支座例如支座在紧靠任一支座例如支座A A处处处处所示，因为此时该支座的支反力最大，而梁的最大切应力也就最所示，因为此时该支座的支反力最大，而梁的最大切应力也就最所示，因为此时该支座的支反力最大，而梁的最大切应力也就最所示，因为此时该支座的支反力最大，
49、而梁的最大切应力也就最大大大大.查型钢表中，查型钢表中，查型钢表中，查型钢表中，20a20a号工字钢，有号工字钢，有号工字钢，有号工字钢，有d d=7mm=7mm据此校核梁的切应力强度据此校核梁的切应力强度据此校核梁的切应力强度据此校核梁的切应力强度以上两方面的强度条件都满足，所以此梁是安全的以上两方面的强度条件都满足，所以此梁是安全的以上两方面的强度条件都满足，所以此梁是安全的以上两方面的强度条件都满足，所以此梁是安全的.本讲稿第三十五页，共四十四页例题例题例题例题4 4 简支梁简支梁简支梁简支梁ABAB如图所示如图所示如图所示如图所示.l l2m2m，a a0.2m.0.2m.梁上的载荷为
50、梁上的载荷为梁上的载荷为梁上的载荷为q q为为为为10kN/m10kN/m，F F200kN.200kN.材料的许用应力为材料的许用应力为材料的许用应力为材料的许用应力为 =160MPa=160MPa，100MPa100MPa，试选择，试选择，试选择，试选择工字钢型号工字钢型号工字钢型号工字钢型号.解：（解：（解：（解：（1 1）计算支反力做内力图）计算支反力做内力图）计算支反力做内力图）计算支反力做内力图.qBACDElFFaa8kN210kN208kN（2 2）根据最大弯矩选择工字钢型号）根据最大弯矩选择工字钢型号）根据最大弯矩选择工字钢型号）根据最大弯矩选择工字钢型号查型钢表，选用查型钢