工程力学chapter06.ppt
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1、1,第六章 拉压杆件的强度与连接件设计,6.1 强度条件和安全系数,6.3 剪切及其实用计算,6.2 拉压杆件的强度设计,6.4 挤压及其实用计算,6.5 连接件的强度设计,2,第六章 拉压杆件的强度与连接件设计,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。,结构和构件既要满足强度要求,也要满足刚度要求。 工程中一般以强度控制设计,然后校核刚度。,6.1 强度条件和安全系数,3,结构/构件强度的控制参量是应力。,4,依据强度判据,将工作应力限制在极限应力内,还不足以保证结构或构件的安全。因为还有误差:,5,安全系数 n 的确定:,显然,安全系数越大越安全; 但是, n大
2、, 小,P降低或W增加。经济效益下降。 在安全性、经济性和轻量化的要求中寻求优化。 n的选取,取决于对问题的认识程度,与累积的经验。,注意:杆中任一处均应满足强度条件。,6,强度设计的一般方法:,初步设计,设计目标,7,6.2 拉压杆件的强度设计,依据强度条件,进行强度设计,包括:,8,危险截面:,CD与BC材料同, FN小;面积ACD也小; CD可大; 故各段均可能为危险截面,都需要校核。,BC段:与AB段同面积, NBC NAB , BC AB ;但铜钢;,如:杆AB段为钢制,BC和 CD为铜制。轴力如图。,AB段:轴力最大,AB大;,9,例6.2 图中杆1为钢杆,截面积 A1=6cm2,
3、 钢=120MPa; 杆2为木杆, A2=100cm2, 木压=15MPa; 试确定结构许用载荷Fmax,10,事实上撑套压缩时螺栓受拉伸长,平衡位置如图。 有: FNS=FNL=F -(1),11,撑套应力为: L=F/AL=21236/(500/4) =54.1MPa铝=80MPa, 强度足够。,12,等强度设计,截面x处应力也应等于0。有: FN=0rx2 -(2),解:在x=0处,截面半径为r0, 压应力为 0=W/r02. 或 W=0r02.,例6.4 试设计顶端承重W的等强度圆柱。,等强度设计:构件各截面应力相等。,13,14,问题讨论1:杆钢段AB ,钢=200MPa, 铜段BC
4、和CD, 铜=70MPa;AC段截面积 A1=100mm2 , CD段截面积 A2=50mm2 ;试校核其强度。,15,1) 工程中剪切问题的特点,16,2) 剪切的实用强度计算,以铆钉连接为例,沿剪切面切开, 取部分铆钉研究,受力如图。,单剪:FS=F,双剪:FS=F/2,17,假定剪力FS均匀分布在剪切面上,,即剪应力等于剪力FS除以剪切面面积。,以平均剪应力作为剪切面上的名义剪应力,则有: =FS/A,18,一般情况下,金属材料的许用剪应力与许用拉应力间有下述经验关系: 对于延性材料 =(0.6-0.8) 对于脆性材料 =(0.8-1.0),剪切实验:,测剪断时的载荷Fb,则有: b=F
5、S/A=Fb/2A0 A0是试件初始横截面积。,剪切器中衬套硬度应较高, 试件被剪部分长度一般不大于其直径的1.5倍。,19,解:1)依据功率、转速与传递的扭矩M之关系,有: M=9.5520/200=0.955kN.m,3)平键剪切面面积为: A=bL=2040=800 mm2. 剪应力为: =FS/A=31.8103/800=39.6MPa=80MPa 故平键剪切强度足够。,20,功率常常用千瓦(kW)或马力表示,注意到: 1kW=1000Nm/s, 1马力=736Nm/s, 则功率、转速与传递的扭矩之关系为: M (kN.m)=9.55Np (千瓦)/n (转/分) M (kN.m)=7
6、.02Np (马力)/n (转/分),设轴的转速为每分钟n转,则每秒转过的角度为 2n/60, 即有: NP= M/t=M2n/60 或 M=60NP/2n,力矩的功A可表示为力矩M与其转过的角度之积,功率NP是单位时间所做的功,故有: NP=A/t=M/t /t是每秒转过的角度(弧度)。,功率、转速与传递的扭矩之关系:,21,例6.6 冲头材料 =440MPa, 钢板 b=360MPa, F=400kN。试估计所能冲出的最小孔径d及此 时所能冲剪的最大钢板厚度t。,解:冲头受压,落料受剪。,故能冲最小孔径d= 34mm, 最大板厚t=10mm。,22,由平衡方程 MA(F)=0, 有 FT2
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