第五章應(yīng)力狀態(tài)分析ppt課件

1、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程第六章第六章 組合變形和強(qiáng)度理論組合變形和強(qiáng)度理論第一節(jié)第一節(jié) 基本變形小結(jié)基本變形小結(jié)內(nèi)力軸力圖正應(yīng)力與強(qiáng)度 AN虎克定律與剛度EANLL E受力與變形化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程內(nèi)力剪力圖和彎矩圖正應(yīng)力與強(qiáng)度和剛度受力與變形 ZWMmaxmaxlflfffmaxmax或 maxZEJxMdxfd)(22)(xfdxdf化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程受力 與變形內(nèi)力 AQ剪應(yīng)力與強(qiáng)度jyjyjyAP擠壓強(qiáng)度化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程受力與變形內(nèi)力扭矩圖剪應(yīng)力與強(qiáng)度nNM9550扭轉(zhuǎn)角與剛度 WMTmaxJGlM180JGM化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程1、受力分析，變形類型，求支座反力2、截面法求內(nèi)力，畫

2、內(nèi)力圖3、確定應(yīng)力分布規(guī)律4、強(qiáng)度計(jì)算：校核強(qiáng)度、設(shè)計(jì)截面、確定許可載荷5、截面對(duì)強(qiáng)度和剛度的影響，A、Wz、W、 Jz、J，材料遠(yuǎn)離中性軸。6、許用應(yīng)力7、虎克定律，剪切虎克定律8、剛度條件9、材料力學(xué)試驗(yàn)許用應(yīng)力相應(yīng)的截面幾何性質(zhì)危險(xiǎn)截面上最大內(nèi)力最大工作應(yīng)力小小 結(jié)結(jié)許用值（截面幾何性質(zhì)）（彈性模量）長(zhǎng)度（）載荷（常數(shù)（變形),),JJAGElMqPflZ化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程彎曲和壓縮第二節(jié) 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程拉伸與壓縮改變彎曲化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程改變彎曲化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程MPRzxyPP化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程PP問題的提出問題的提出zMyI彎曲:pTI扭轉(zhuǎn)2cossin

3、22化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程 破 壞 面 與 受破 壞 面 與 受力方向可能不一力方向可能不一致。致。 對(duì)同一點(diǎn):一個(gè)方向上滿足強(qiáng)度要求,并不能說明已經(jīng)安全。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程研究應(yīng)力狀態(tài)的目的：研究應(yīng)力隨點(diǎn)和面的變化規(guī)律，研究應(yīng)力狀態(tài)的目的：研究應(yīng)力隨點(diǎn)和面的變化規(guī)律，以確定最大正應(yīng)力以確定最大正應(yīng)力 和最大剪應(yīng)力和最大剪應(yīng)力 。maxmax應(yīng)力狀態(tài)的初步概念：過一點(diǎn)處不同方向面上的應(yīng)力應(yīng)力狀態(tài)的初步概念：過一點(diǎn)處不同方向面上的應(yīng)力( (正應(yīng)正應(yīng)力和切應(yīng)力力和切應(yīng)力) )可以有不同的組合形式?？梢杂胁煌慕M合形式。 應(yīng)力狀態(tài)概念的進(jìn)一步說明應(yīng)力狀態(tài)概念的進(jìn)一步說明拉中有剪拉中有剪剪中有拉剪中有

4、拉根據(jù)單元體的平衡條件說明：同一單元體的不同方向面上的根據(jù)單元體的平衡條件說明：同一單元體的不同方向面上的應(yīng)力一般是不相同的。這便是應(yīng)力的面的概念。應(yīng)力一般是不相同的。這便是應(yīng)力的面的概念。根據(jù)單元體的平衡條件分析任意方向面上的應(yīng)力情況根據(jù)單元體的平衡條件分析任意方向面上的應(yīng)力情況化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程zM正應(yīng)力隨點(diǎn)的位置改變正應(yīng)力隨點(diǎn)的位置改變剪應(yīng)力隨點(diǎn)的位置改變剪應(yīng)力隨點(diǎn)的位置改變化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程單元體單元體ElementElement）化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程 x y z xy yx yz zy zx xzyxz0z0yz0zxxyx y xy yx

5、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程xy yx xyxyx化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程單元體單元體化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程受扭圓軸一點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)按不通方位截取的單元體上的應(yīng)力化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程主平面與主應(yīng)力主單元體321化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程 斜截面上的應(yīng)力 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程正應(yīng)力拉為正，壓為負(fù)；剪應(yīng)力以對(duì)單元體內(nèi)任一點(diǎn)的矩順時(shí)針為正，反之為負(fù)。 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程2sin2cos22xyxyx2cos2sin2xyx化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程2sin2cos22xyxyx222222xyxyx2cos2sin2xyx222xyx半徑為：圓心為：02，yx化工

6、設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程4. 應(yīng)力圓應(yīng)力圓化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程5. 主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力2sin2cos22xyxyx2cos2sin22xyxdd02cos2sin200 xyxyxxtg22022minmax22xyxyx化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程0ddxyxtg22122minmax2xyx22minmax22xyxyxminmaxminmax21yxxtg220)45(2220001tgctgtg2cos2sin2xyx化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程三向應(yīng)力狀態(tài)的最大剪應(yīng)力231maxMPaMPaMPa51,31,60321例：MPa5 .552)51(60231max化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程討論

7、圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)。JMnxyx, 022minmax22xyxyx321,0,yxxtg220004500135或化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程MPa2730oMPa5930oMPa5 .3240oMPa3740o圖6-12 例6-1圖化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程6. 廣義虎克定律廣義虎克定律x ： EEGExx/Exy/y ： Eyx/Eyy/疊加：疊加： yxyxxEEE1xyxyyEEE1Gxxy化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程213333331222223211111111 EEEyxzzzxyyzyxxEEE111化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程例6-2 每邊長(zhǎng)均為10mm的鋼質(zhì)立方體放入一個(gè)四周為剛性的立方孔中，不留空

8、隙，P=7kN，E=200GPa，=0.3。求立方塊內(nèi)的主應(yīng)力。 MPaAPy7001zyxxE01yxzzEMPayzx301MPaMPaMPa70,30,30321化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程作 業(yè)P96 第35題 （b）（c）化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程第三節(jié)第三節(jié) 強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論一、強(qiáng)度理論的概念一、強(qiáng)度理論的概念 單向應(yīng)力狀態(tài)可通過試驗(yàn)建立強(qiáng)度條件單向應(yīng)力狀態(tài)可通過試驗(yàn)建立強(qiáng)度條件 nAN0max, 破壞原因的假說二、材料的兩種破壞形式脆斷破壞屈服破壞 三向拉應(yīng)力的塑性材料發(fā)生脆性斷裂 三向壓應(yīng)力的脆性材料有時(shí)也發(fā)生明顯的塑性變形化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程三、四個(gè)基本的強(qiáng)度理論三、四個(gè)基本的強(qiáng)度理論一類

9、是解釋材料斷裂破壞的強(qiáng)度理論，有最大拉應(yīng)力理論和最大拉應(yīng)變理論；另一類是解釋材料流動(dòng)破壞的強(qiáng)度理論，最大剪應(yīng)力理論和形狀改變比能理論。 1.1.最大拉應(yīng)力理論第一強(qiáng)度理論）最大拉應(yīng)力理論第一強(qiáng)度理論）在十七世紀(jì)提出，針對(duì)建筑材料只要最大拉應(yīng)力達(dá)到材料的極限值，材料就發(fā)生脆性斷裂破壞。破壞條件：b1強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： 1用于受拉應(yīng)力的某些脆性材料，鑄鐵、石料、混凝土沒有考慮其它兩個(gè)主應(yīng)力的影響，也不適用于三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)。 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程2. 2. 最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論第二強(qiáng)度理論）最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論第二強(qiáng)度理論）最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變達(dá)到材料的極限值，材料就發(fā)生脆性斷裂最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變達(dá)到材料的極

10、限值，材料就發(fā)生脆性斷裂破壞。滿足虎克定律。破壞。滿足虎克定律。破壞條件：破壞條件：Ejxjx1強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：EEjx3211不比第一強(qiáng)度理論好，一般不用。 321化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程3. 最大剪應(yīng)力理論第三強(qiáng)度理論）最大剪應(yīng)力理論第三強(qiáng)度理論）最大剪應(yīng)力達(dá)到極限值，材料就發(fā)生屈服破壞 。破壞條件：jxmax強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：2sjx雖然沒考慮2，但能較好地解釋塑性屈服，在工程中得到廣泛的應(yīng)用。 31231max化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程4. 4. 形狀改變比能理論第四強(qiáng)度理論）形狀改變比能理論第四強(qiáng)度理論）變形體單位體積內(nèi)所積蓄變形能稱變形比能。包括形狀改變比能和體積改變比能djxduum

11、ax23212132322212161EuEud形狀改變比能達(dá)到極限值，就發(fā)生屈服破壞條件：0,321s2261sdjxEu化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：考慮2，得到廣泛的應(yīng)用。221323222126161sEEs21323222121 21323222121化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程 r相當(dāng)應(yīng)力213232221431332121121rrrr總總結(jié)結(jié)1. 脆性材料，常用第一、第二強(qiáng)度理論；2. 塑性材料，常用第三、第四強(qiáng)度理論；3. 在接近三向等拉應(yīng)力狀態(tài)下，不論是塑性材料還是脆性材料，都將發(fā)生脆性斷裂，應(yīng)采用第一強(qiáng)度理論；4. 在接近三向等壓應(yīng)力狀態(tài)下，不論是塑性材料還是脆性材料，

12、都將發(fā)生塑性流動(dòng)破壞，應(yīng)采用第三或第四強(qiáng)度理論。 一一般般原原則則化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程例6-3 內(nèi)徑D=100cm的容器，壁厚t=1.0cm，蒸汽壓強(qiáng)p=3.5MPa，=160MPa，分別按第三和第四強(qiáng)度理論校核筒身強(qiáng)度。 4/2DpPDtNMPatpD5 .874化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程LtN 22pLDdDLp02sinMPatpD1752 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程MPatpD5 .874MPatpD1752 0,5 .87,175321 MPaMPa MPar175313 MPar152212132322214化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程將荷載分解簡(jiǎn)化成與基本變形對(duì)應(yīng)的等效靜力荷載。分別獨(dú)立計(jì)算各種基本

13、變形，然后疊加。（假設(shè)：各個(gè)基本變形互不影響）第四節(jié)第四節(jié) 彎曲和拉壓的組合作用彎曲和拉壓的組合作用化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程Phg化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程水壩水壩qPhg化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程APlzWWMzWlWMAPminmax化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程外力分析：外力向形心外力分析：外力向形心( (后彎心后彎心) )簡(jiǎn)化并沿主慣性簡(jiǎn)化并沿主慣性軸分解；軸分解；內(nèi)力分析：求每個(gè)外力分量對(duì)應(yīng)的內(nèi)力方程和內(nèi)力內(nèi)力分析：求每個(gè)外力分量對(duì)應(yīng)的內(nèi)力方程和內(nèi)力圖，確定危險(xiǎn)面；圖，確定危險(xiǎn)面；應(yīng)力分析：畫危險(xiǎn)面應(yīng)力分布圖，疊加，建立危險(xiǎn)應(yīng)力分析：畫危險(xiǎn)面應(yīng)力分布圖，疊加，建立危險(xiǎn)點(diǎn)的強(qiáng)度條件。點(diǎn)的強(qiáng)度條件?；ぴO(shè)備機(jī)械基

14、礎(chǔ)教程受拉壓和彎曲組合作用的強(qiáng)度條件 llmax yymax壓縮和彎曲zWMAPminmax化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程例6-4 夾鉗受到工件的反作用力P=5kN，=100MPa，校核其強(qiáng)度。 MPaWPeAPz756.6633.830206405000302050002max化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程第五節(jié) 圓周彎曲和扭轉(zhuǎn)的組合化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程WMTzWM0,yxx2222minmax2222xyxyx223222122,0,22化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程223222122, 0,22222132322214223133214rrzTrzTrWMMWMM22422375.0WMTzWMzWW2化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)教程例6-5 臥式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓重G=2kN，外力偶矩m=1.2kN.m， =80MPa，分別按第三和第四強(qiáng)度理論設(shè)計(jì)軸徑d