梁的应力和强度计算
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梁的应力和强度计算1.梁的基本假设梁的基本假设包括:梁材料是均匀各向同性的,梁截面是平面截面,梁的纵向伸缩变形可以忽略,梁的横向收缩变形可以忽略,梁截面平面保持平直。
2.梁的受力分析在进行梁的应力和强度计算之前,需要对梁的受力进行分析。
常见的梁的受力包括弯曲、剪切和轴向拉压等。
2.1弯曲弯曲是梁的一种主要受力状态,发生在梁受到弯矩作用时。
对于弯曲受力的梁,可以运用梁弯曲理论进行应力和强度计算。
常见的梁弯曲理论包括欧拉-伯努利梁理论和延性梁理论。
2.2剪切剪切是梁的另一种重要受力状态,发生在梁上部分截面受到剪力作用时。
剪切力引起梁截面上的剪应力,可以通过剪切变形理论进行计算。
2.3轴向拉压轴向拉压发生在梁上部分截面受到轴向拉力或压力作用时。
轴向拉力或压力引起梁截面上的轴向应力,可以通过轴向变形理论进行计算。
3.梁的应力分析根据梁的基本假设和受力分析,可以进行梁的应力分析。
梁的应力分析包括黄金区和非黄金区的判断、应力分布的计算和强度设计的确定。
3.1黄金区和非黄金区判断黄金区是指梁截面上应力最大的区域,通常位于材料的纤维处。
在黄金区内,应力达到梁材料的屈服强度。
非黄金区则是指其他区域,应力小于屈服强度。
3.2应力分布计算根据梁的受力和应力分析,可以计算出梁截面上的应力分布。
应力分布的计算可以通过梁的几何形状、外力和边界条件以及材料的性质来确定。
常见的应力分布包括弯曲应力、剪切应力和轴向应力等。
4.梁的强度设计梁的强度设计是根据计算得到的应力分布进行的。
根据材料的强度,可以确定梁的尺寸和形状,以满足梁的极限状态和使用状态的要求。
总结起来,梁的应力和强度计算是梁力学中的基本问题,包括梁的受力分析、应力分布计算和强度设计等内容。
通过合理的计算和设计,可以确保梁的安全和可靠性,提高结构的性能。
梁的应力及强度计算梁是一种常见的结构元件,用于承受或分配荷载。
在设计和分析梁的过程中,计算梁的应力及强度是非常重要的。
本文将详细介绍梁的应力及强度计算方法。
首先,梁的应力定义为单位面积上的力,用公式表示为:σ=M*y/I其中,σ表示梁的应力,M表示梁的弯矩,y表示距离中性轴的垂直距离,I表示梁的截面惯性矩。
梁的应力通常包括弯曲应力、剪切应力和轴向应力。
弯曲应力是由于弯曲力引起的应力,计算公式为:σ_b=M*y/I其中,σ_b表示弯曲应力。
剪切应力是由于纵向剪力引起的应力,计算公式为:τ=V*Q/(b*t)其中,τ表示剪切应力,V表示纵向剪力,Q为形状系数,b为梁的宽度,t为梁的厚度。
轴向应力是由于轴向力引起的应力,计算公式为:σ_a=N/A其中,σ_a表示轴向应力,N表示轴向力,A表示梁的截面积。
梁的强度是指在给定的荷载下梁能够承受的最大应力。
在计算梁的强度时,通常需要将不同种类的应力进行合并。
弯曲强度是指梁在弯曲荷载下的抗弯矩能力。
根据材料的弯曲性能和形状,可以采用破坏理论或变形理论计算梁的弯曲强度。
剪切强度是指梁在剪切荷载下的抗剪切能力。
根据材料的剪切性能和梁的几何形状,可以计算出梁的剪切强度。
轴向强度是指梁在轴向荷载下的抗轴向力能力。
轴向强度的计算通常基于材料的抗拉性能。
在进行梁的应力及强度计算时,还需要考虑其他因素,如材料的弹性模量、断裂韧性和安全系数等。
总之,梁的应力及强度计算是结构设计和分析中必不可少的一部分。
通过合理的计算方法,可以确保梁在荷载下的正常工作和安全使用。
第6章梁的应力分析与强度计算梁是一种常见的结构构件,在建筑、桥梁、机械等领域都有广泛的运用。
在使用梁时,需要对其进行应力分析与强度计算,以确保其安全运行。
本章将介绍梁的应力分析与强度计算的基本原理和方法。
1.梁的应力分析梁的应力分析是指对梁内部各点的应力状态进行分析。
应力是指单位截面上受力的大小,常用的应力有轴力、弯矩和剪力。
对于梁的应力分析,主要有两个基本的方程:平衡方程和应变-位移关系。
1.1平衡方程平衡方程是指在梁内力平衡的条件下,梁内部各点的受力平衡。
对于梁来说,平衡方程可以表示为:∑Fx=0∑Fy=0∑M=0其中,∑Fx和∑Fy分别表示横截面上各点受力在X和Y方向的合力,∑M表示横截面上各点受力对横截面上其中一点产生的力矩。
通过求解平衡方程可以得到梁内力的分布情况。
1.2应变-位移关系应变-位移关系是指梁内部各点的应变与位移之间的关系。
梁的应变可以分为轴向应变、横向应变和剪应变三种,位移则可以分为平移位移和旋转位移。
应变-位移关系可以表示为:εx = du/dxεy = dv/dyγxy = (dudv + dvdx)/2其中,εx和εy分别表示横截面上各点的轴向应变,γxy表示横截面上各点的剪应变,du和dv分别表示横截面上各点的位移在X和Y方向上的微分。
2.梁的强度计算梁的强度计算是指根据应力分析的结果,对梁的强度进行评估。
梁的强度主要包括弯曲强度、剪切强度和扭转强度。
2.1弯曲强度弯曲强度是指梁在受到弯矩作用时的抗弯承载能力。
根据弯曲的理论,可以得到梁的最大正应力和最大剪应力。
对于矩形截面的梁来说,最大正应力和最大剪应力可以分别表示为:σmax = M * y / Iτmax = T * Q / It其中,M表示弯矩,y表示梁离中性轴的距离,I表示梁的惯性矩,T表示剪力,Q表示横截面的剪力传递量,It表示横截面的扭转惯性矩。
2.2剪切强度剪切强度是指梁在受到剪力作用时的抗剪承载能力。
§7-2 梁的正应力强度计算一、最大正应力在强度计算时,必须算出梁的最大正应力。
产生最大正应力的截面,称为危险截面。
对于等直梁,弯矩最大的截面就是危险截面。
危险截面上的最大应力处称为危险点,它发生在距中性轴最远的上、下边缘处。
对于中性轴是截面对称轴的梁,最大正应力的值为:maxmax max zM y I σ=令zz maxI W y =,则 maxmax zM W σ=式中z W 称为抗弯截面系数,是一个与截面形状和尺寸有关的几何量。
常用单位是m 3或mm 3。
z W 值越大,max σ就越小,它也反映了截面形状及尺寸对梁的强度的影响。
对高为h 、宽为b 的矩形截面,其抗弯截面系数为:32z z max /12/26I bh bh W y h ===对直径为d 的圆形截面,其抗弯截面系数为:43z z max /64/232I d d W y d ππ===对于中性轴不是截面对称轴的梁,例如图7-9所示的T 形截面梁,在正弯矩M 作用下梁下边缘处产生最大拉应力,上边缘处产生最大压应力,其值分别为:+1max z My I σ=2maxzMy I σ-=令z 11I W y =、z 22IW y =,则有: +max 1M W σ=max2M W σ-=maxσ-图7-9二、正应力强度条件为了保证梁能安全地工作,必须使梁截面上的最大正应力max σ不超过材料的许用应力,这就是梁的正应力强度条件。
现分两种情况表达如下:1、材料的抗拉和抗压能力相同,其正应力强度条件为:maxmax z[]M W σσ=≤ 2、材料的抗拉和抗压能力不同,应分别对拉应力和压应力建立强度条件:+maxmax 1[]M W σσ+=≤ max max2[]MW σσ--=≤ 根据强度条件可解决有关强度方面的三类问题:1)强度校核:在已知梁的材料和横截面的形状、尺寸(即已知[]σ、z W )以及所受荷载(即已知max M )的情况下,可以检查梁是否满足正应力强度条件。
梁的应力及强度计算一、梁的基本概念梁是指在两个支点上支承荷载并能够产生弯曲的长条形结构。
根据材料的不同,梁可以分为钢梁、混凝土梁等。
计算梁的应力和强度需要了解以下几个基本概念:1.荷载:梁承受的力或力矩称为荷载。
荷载可以是集中力、均布力、集中力矩等多种形式。
2.弯矩:梁在受力作用下产生的弯曲效应称为弯矩。
弯矩大小与荷载和梁的几何特性有关。
3.应力:梁内部产生的力与横截面积之比称为应力。
应力可以分为弯曲应力、切应力、正应力等多种形式。
4.强度:梁材料的最大承受能力称为强度。
强度可以用来评估梁的安全性。
二、计算梁的应力梁的弯曲应力是梁内部最重要的应力之一、梁的弯曲应力随着距离中心越远而越大,有最大值和最小值。
计算梁的弯曲应力需要以下步骤:1.确定荷载和荷载点:首先要确定梁所受的各种荷载,包括集中力、均布力等,以及荷载点的位置。
2.画剪力和弯矩图:根据已知的荷载和支座条件,可以绘制梁的剪力和弯矩图。
剪力图表示横截面上剪力的大小和方向,弯矩图表示横截面上弯矩的大小和方向。
3.计算弯曲应力:根据梁的几何尺寸和荷载信息,可以计算出梁上任意截面处的弯曲应力。
根据梁的几何形状和弯矩分布,可以使用弹性力学理论进行计算。
4.判断应力的安全性:计算得到的弯曲应力应与材料的抗弯强度进行比较,以判断梁的安全性。
如果弯曲应力小于抗弯强度,则梁在弯曲方面是可靠的。
三、计算梁的强度梁的强度是指梁材料的最大承载能力。
计算梁的强度需要以下步骤:1.确定梁材料的特性:了解梁材料的力学性质,包括抗弯强度、抗压强度、抗拉强度等。
这些特性可以从材料的标准和试验中获取。
2.根据荷载计算弯矩:根据梁所受的荷载和支座条件,计算出梁上各点的弯曲弯矩。
弯矩大小和分布决定了梁的强度。
3.计算截面的几何特性:根据梁的几何形状,计算出梁截面的相关几何特性,包括截面面积、惯性矩、截面模量等。
这些参数在计算强度时起关键作用。
4.判断强度的安全性:根据弯矩和截面几何特性,计算出梁的强度。
梁横截面上的剪应力及其强度计算在一般情况下,剪应力是影响梁的次要因素。
在弯曲应力满足的前提下,剪应力一般都满足要求。
一、矩形截面梁的剪应力 利用静力平衡条件可得到剪应力的大小为:*z Z QS I b τ=; 公式中:Q ——为横截面上的剪力;*z S ——为横截面上所求剪应力处的水平线以下(或以上)部分面积A*对中性轴的静矩;I Z ——为横截面对中性轴的惯性矩;b ——矩形截面宽度。
计算时Q 、*z S 均为绝对值代入公式。
当横截面给定时,Q 、I Z 、b 均为确定值,只有静矩*z S 随剪应力计算点在横截面上的位置而变化。
222**2214()[()]()(1)222248z h h h h bh y S A y b y y y y h =⨯=-⨯+-=-=- 把上式及312z bh I =代入*z Z QS I bτ=中得到:2234(1)2Q y bh h τ=- 可见,剪应力的大小沿着横截面的高度按二次抛物线规律分布的。
在截面上、下边缘处(y=±0.5h ),剪应力为零;在中性轴处(y=0)处,剪应力最大,其值为:33 1.522Q Q Q bh A A τ=⨯=⨯= 由此可见,矩形截面梁横截面上的最大剪应力值为平均剪应力值的1.5倍,发生在中性轴上。
二、工字形截面梁的剪应力在腹板上距离中性轴任一点K 处剪应力为:*1z Z QS I b τ=; 公式中:b 1——腹板的宽度(材料表中工字钢腹板厚度使用字母d 标注的);*z S ——为横截面上阴影部分面积A*对中性轴的静矩;工字形截面梁的最大剪应力发生在截面的中性轴处,其值为:*max max1z Z QS I b τ=; 公式中:*max z S ——为半个截面(包括翼缘部分)对中性轴的静矩。
三、梁的剪应力强度计算梁的剪应力强度条件为:*max max max max *[](/)z Z Z Z Q S Q I b b I S ττ==≤。
梁横截面上的剪应力及其强度计算在一般情况下,剪应力是影响梁的次要因素。
在弯曲应力满足的前提下,剪应力一般都满足要求。
一、矩形截面梁的剪应力 利用静力平衡条件可得到剪应力的大小为:*z Z QS I b τ=; 公式中:Q ——为横截面上的剪力;*z S ——为横截面上所求剪应力处的水平线以下(或以上)部分面积A*对中性轴的静矩;I Z ——为横截面对中性轴的惯性矩;b ——矩形截面宽度。
计算时Q 、*z S 均为绝对值代入公式。
当横截面给定时,Q 、I Z 、b 均为确定值,只有静矩*z S 随剪应力计算点在横截面上的位置而变化。
222**2214()[()]()(1)222248z h h h h bh y S A y b y y y y h =⨯=-⨯+-=-=- 把上式及312z bh I =代入*z Z QS I bτ=中得到:2234(1)2Q y bh h τ=- 可见,剪应力的大小沿着横截面的高度按二次抛物线规律分布的。
在截面上、下边缘处(y=±0.5h ),剪应力为零;在中性轴处(y=0)处,剪应力最大,其值为:33 1.522Q Q Q bh A A τ=⨯=⨯= 由此可见,矩形截面梁横截面上的最大剪应力值为平均剪应力值的1.5倍,发生在中性轴上。
二、工字形截面梁的剪应力在腹板上距离中性轴任一点K 处剪应力为:*1z Z QS I b τ=; 公式中:b 1——腹板的宽度(材料表中工字钢腹板厚度使用字母d 标注的);*z S ——为横截面上阴影部分面积A*对中性轴的静矩;工字形截面梁的最大剪应力发生在截面的中性轴处,其值为:*max max1z Z QS I b τ=; 公式中:*max z S ——为半个截面(包括翼缘部分)对中性轴的静矩。
三、梁的剪应力强度计算梁的剪应力强度条件为:*max max max max *[](/)z Z Z Z Q S Q I b b I S ττ==≤。
梁横截面上的剪应力及其强度计算在一般情况下,剪应力是影响梁的次要因素。
在弯曲应力满足的 前提下,剪应力一般都满足要求一、矩形截面梁的剪应力利用静力平衡条件可得到剪应力的大小为:公式中:Q ――为横截面上的剪力;S ;――为横截面上所求剪应力处的水平线以下(或以上)部分面积A*对中性轴的静矩;I Z ――为横截面对中性轴的惯性矩;b ――矩形截面宽度。
计算时Q S ;均为绝对值代入公式。
当横截面给定时,Q l z 、b 均为确定值,只有静矩S ;随剪应力计算点在横截面上的位置而变化* *h1 h h h2 2bh 2 4y 2S ; A yb(- y) [y (- y)]-(-y )(1 2 )2 2 22 48h 把上式及I ;bh 3 代入虫 中得到:3Q(1 4^)12I Z b2bhh 2可见,剪应力的大小沿着横截面的高度按二次抛物线规律分布的。
在截面上、下边缘 处(y=± 0.5h ),剪应力为零;在中性轴处(y=0)处,剪应力最大,其值为:由此可见,矩形截面梁横截面上的最大剪应力值为平均剪应力值的1.5倍,发生在中性轴上。
二、工字形截面梁的剪应力在腹板上距离中性轴任一点K处剪应力为:公式中:b i――腹板的宽度(材料表中工字钢腹板厚度使用字母S z ――为横截面上阴影部分面积A对中性轴的静矩;公式中:S zmax ――为半个截面(包括翼缘部分)对中性轴的静矩。
Cb)图皐工字卑梁横苗面的应力计算图三、梁的剪应力强度计算梁的剪应力强度条件为:*QmaxSzmax Zmaxmax I z b b(l z/S;)[]d标注的);工字形截面梁的最大剪应力发生在截面的中性轴处,其值为:max* QS z max .;I Z b1。