轴向拉压内力应力学习教案

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1、会计学1第一页，共24页。8-1轴向拉伸轴向拉伸(l shn)和压缩和压缩的概念的概念8-2 轴向拉压杆的内力轴向拉压杆的内力(nil) -轴力与轴力图轴力与轴力图 8-3 8-3 拉压杆横截面拉压杆横截面(jimin)(jimin)及斜截及斜截面面(jimin)(jimin)上的应力上的应力 Mechanic of Materials本本 节节 内内 容容第1页/共24页第二页，共24页。8-1轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩(y su)的概念的概念 指作用于杆件上的外力合力指作用于杆件上的外力合力(hl)的作用线与杆件的轴线的作用线与杆件的轴线重合时，杆件沿着轴线方向发生的伸长或缩短。重合时，

2、杆件沿着轴线方向发生的伸长或缩短。 一、基本概念：一、基本概念：F拉杆拉杆FF压杆压杆FMechanic of Materials 1、受力特点：外力或外力合力的作用线与杆轴线(zhu xin)重合 2、变形特点变形特点：轴向伸长或缩短轴向伸长或缩短第2页/共24页第三页，共24页。二、举例说明：二、举例说明：目录目录(ml)Mechanic of Materials8-1轴向拉伸轴向拉伸(l shn)和压缩的概念和压缩的概念 第3页/共24页第四页，共24页。一一.轴力轴力FN1.轴力的概念(ginin)（1）举例）举例(j l)Mechanic of MaterialsPFPFFNNx00

3、 用截面法将杆件分成左(右)两部分，利用 轴方向的平衡可得 ：x 因因P力的作用线与杆件的轴线重合，故，由杆件处力的作用线与杆件的轴线重合，故，由杆件处于平衡状态可知于平衡状态可知(k zh)，内力合力的作用线也必然与杆，内力合力的作用线也必然与杆件的轴线相重合。件的轴线相重合。 结论结论8-2 轴向拉压杆的内力轴向拉压杆的内力-轴力与轴力图轴力与轴力图PPmmPNFNFPx第4页/共24页第五页，共24页。（2）定义：上述内力的合力）定义：上述内力的合力N就称为轴力就称为轴力 （其作用线因与杆件的轴线（其作用线因与杆件的轴线(zhu xin)重合而得名）。重合而得名）。 2.轴力正负号规定(

4、gudng)：压缩(y su)时的轴力为负，即压力为负。 规定引起杆件拉伸时的轴力为正，即拉力为正；正正负负Mechanic of Materials8-2 轴向拉压杆的内力轴向拉压杆的内力-轴力与轴力图轴力与轴力图P1FNP1P1P1P1P1FN1111第5页/共24页第六页，共24页。例1 用截面(jimin)法求出各段轴力Mechanic of Materials8-2 轴向拉压杆的内力轴向拉压杆的内力(nil)-轴力与轴轴力与轴力图力图22010400104050kNxNNFFF拉0 xF 3305540 1005540 105kNxNNFFF 压420kNNF10kN40kN55kN

5、FN340kN10kNFN210kNFN1FN420kN20kNR40kN55kN25kNR11223344110010kNxNNFFRFR拉405525200R10kNR /NFF轴一侧=10+40-55+25 拉第6页/共24页第七页，共24页。1、作法、作法(zu f)：B、选一个坐标系，用其横坐标表示横截面的位置(wi zhi)，纵 坐标表示相应截面上的轴力； 2、举例、举例(j l)： A、用截面法求出各段轴力的大小；二二.轴力图轴力图:C、拉力绘在 轴的上侧，压力绘在 轴的下侧。 xxMechanic of Materials8-2 轴向拉压杆的内力轴向拉压杆的内力-轴力与轴力图轴

6、力与轴力图表征轴力沿轴变化规律的图象。表征轴力沿轴变化规律的图象。FN=f(x)xFN第7页/共24页第八页，共24页。xNF（kN）选一个坐标系，用其横坐标表示横截面的位置(wi zhi)，纵坐标表示相应截面上的轴力。拉力(ll)绘在x轴的上侧，压力绘在x轴的下侧。 例例2 作法图示构件作法图示构件(gujin)的轴力图的轴力图Mechanic of Materials8-2 轴向拉压杆的内力轴向拉压杆的内力-轴力与轴力图轴力与轴力图2104050kNNF拉35540 1020255kNNF 压110kNNFR拉420kN=10+40-55+25NF拉1050520（+）（+）（- -）（+

7、）第8页/共24页第九页，共24页。一、横截面应力一、横截面应力(yngl) 1、平面、平面(pngmin)假设假设 实验：受轴向拉伸的等截面直杆，在外力施加实验：受轴向拉伸的等截面直杆，在外力施加(shji)之前，先在表面画上两条互相平行的横向线之前，先在表面画上两条互相平行的横向线ab、cd，然后观察该两横向线在杆件受力后的变化情况。然后观察该两横向线在杆件受力后的变化情况。 变形前，我们在横向所作的两条平行线ab、cd，在变形后，仍然保持为直线，且仍然垂直于轴线，只是分别移至ab、cd位置。 实验现象实验现象Mechanic of Materials 8-3 拉压杆横截面及斜截面上的应力

8、拉压杆横截面及斜截面上的应力 第9页/共24页第十页，共24页。 变形前为平面的横变形前为平面的横截面，变形后仍保持截面，变形后仍保持(boch)为平面。为平面。 平面假设平面假设 实验实验(shyn)结论结论FNFFNF平面平面(pngmin)假设假设材料的均匀性 各纵向纤维的性质相同 横截面上内力是均匀分布的 AFNMechanic of Materials 8-3 拉压杆横截面及斜截面上的应力拉压杆横截面及斜截面上的应力 拉杆所有纵向纤维的伸长相等 A横截面面积横截面面积 横截面上的应力横截面上的应力 第10页/共24页第十一页，共24页。 对于等直杆， 当轴力在杆上有变化时，最大轴力所

9、对应的截面危险截面。危险截面上的正应力(yngl)最大工作应力(yngl)。AFN maxmax拓展拓展(tu zhn) 应力应力(yngl)正负正负号规定号规定 规定拉应力为正，压应力为规定拉应力为正，压应力为负（同轴力相同）负（同轴力相同） 。Mechanic of Materials 8-3 拉压杆横截面及斜截面上的应力拉压杆横截面及斜截面上的应力 NF（kN）1050520（+）（+）（- -）（+）x第11页/共24页第十二页，共24页。A1A2ABCD20kN60kN(a)(kN)4020(b)FN21223 20001000AmmAmm例 已知：，AB1AFNAC40310200

10、0610Pa7102-20MPaBC2AFNBC403101000610Pa7104-40MPaCD2AFNCD203101000610Pa710220MPa求：各段横截面的正应力(yngl)Mechanic of Materials 8-3 拉压杆横截面(jimin)及斜截面(jimin)上的应力 分析（1）画轴(huzhu)力图（2）求应力第12页/共24页第十三页，共24页。2、公式、公式(gngsh) 的应用范围：的应用范围： 外力的合力作用必须与杆件轴线外力的合力作用必须与杆件轴线(zhu xin)重合重合 不适用于集中力作用点附近不适用于集中力作用点附近(fjn)的区域的区域 当杆

11、件的横截面沿轴线方向当杆件的横截面沿轴线方向变化缓变化缓 慢，慢，而且外力作用线与杆件轴线重而且外力作用线与杆件轴线重 合时，也可合时，也可近似地近似地应用该公式。应用该公式。 如由图如由图 xAxFxNMechanic of Materials 8-3 拉压杆横截面及斜截面上的应力拉压杆横截面及斜截面上的应力 NAF第13页/共24页第十四页，共24页。公式公式 的适用范围表明：公式不适用于集中力作用点附近的适用范围表明：公式不适用于集中力作用点附近的区域。因为作用点附近横截面上的应力分布是非的区域。因为作用点附近横截面上的应力分布是非(shfi)均匀的均匀的。随着加载方式的不同，这点附近的

12、应力分布方式就会发生变化。随着加载方式的不同，这点附近的应力分布方式就会发生变化。3、圣维南原理、圣维南原理(yunl)（1）问题）问题(wnt)的提出的提出Mechanic of Materials 8-3 拉压杆横截面及斜截面上的应力拉压杆横截面及斜截面上的应力 NAFPP第14页/共24页第十五页，共24页。PPPPPPPP圣维南圣维南(Saint-Venant)原理原理(yunl) 理论和实践研究表明：加力方式不同，只对力作用点附近区域的应力理论和实践研究表明：加力方式不同，只对力作用点附近区域的应力(yngl)分布有显著影响，而在距力作用点稍远处，应力分布有显著影响，而在距力作用点稍

13、远处，应力(yngl)都趋于均匀都趋于均匀分布，从而得出如下结论，即圣维南原理。分布，从而得出如下结论，即圣维南原理。Mechanic of Materials第15页/共24页第十六页，共24页。 作用于弹性体上某一局部区域内的外力系，可以用与它静力等效的力系来代替。经过代替，只对原力系作用区域附近有显著影响(yngxing)，但对较远处，其影响(yngxing)即可不计。 由圣维南原理可知：上图中的由圣维南原理可知：上图中的(b)、(c)、(d)都可以都可以用同一计算简图（用同一计算简图（a）来代替，从而图形）来代替，从而图形(txng)得到得到很大程度的简化。很大程度的简化。（2）圣维南

14、原理）圣维南原理(yunl)（3）圣维南原理运用）圣维南原理运用Mechanic of Materials 8-3 拉压杆横截面及斜截面上的应力拉压杆横截面及斜截面上的应力 （a）(b)(c)(d)第16页/共24页第十七页，共24页。课后练习课后练习: 一横截面为正方形的砖柱分为上下两段，一横截面为正方形的砖柱分为上下两段，其受力情况，各段长度及横截面尺寸如图所示。已知其受力情况，各段长度及横截面尺寸如图所示。已知P=50KN，试求荷载，试求荷载(hzi)引起的最大工作应力。引起的最大工作应力。 解：解：（1）作轴力图）作轴力图(lt)如图所示如图所示Mechanic of Material

15、s 8-3 拉压杆横截面(jimin)及斜截面(jimin)上的应力 （2）由于此柱为变截面杆，上段轴力小，）由于此柱为变截面杆，上段轴力小，截面积也小，下段轴力大，截面积也大，故截面积也小，下段轴力大，截面积也大，故两段横截面上的正应力都必须求出，从而确两段横截面上的正应力都必须求出，从而确定最大的正应力。定最大的正应力。1316150 10240 240 10NFPaA0.87MPa32262150 10370 370 10NFPaA1.1MPa 由上述结果可见，砖柱的最大工作应力在柱的下段，其值为由上述结果可见，砖柱的最大工作应力在柱的下段，其值为1.1MPa, 是正应力。是正应力。 第

16、17页/共24页第十八页，共24页。8-3 直杆轴向拉伸或压缩时斜截面直杆轴向拉伸或压缩时斜截面(jimin)上上的应力的应力 不同材料的实验不同材料的实验(shyn)表明，拉（压）杆的破坏并不都表明，拉（压）杆的破坏并不都沿横截面发生，有时却是沿某一斜截面发生的，所以斜截沿横截面发生，有时却是沿某一斜截面发生的，所以斜截面应力的确定与正截面应力一样重要。面应力的确定与正截面应力一样重要。二、斜截面上应力二、斜截面上应力(yngl)公公式推导：式推导：横截面横截面是指垂直杆轴线方向的截面；是指垂直杆轴线方向的截面；斜截面斜截面与杆轴线不相垂直的截面。与杆轴线不相垂直的截面。1. 基本概念基本概

17、念Mechanic of Materials第18页/共24页第十九页，共24页。coscos0AFp2coscos p2sin2sin0 p全应力全应力(yngl)：正应力正应力(yngl)：切应力切应力(yngl)：2. 公式推导公式推导（采用截面法）（采用截面法）FFKKFNFppMechanic of Materials8-3 直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力 （外法线与（外法线与x的夹角）的夹角）-以以x为始为始边逆时针为正边逆时针为正A是正截面面积第19页/共24页第二十页，共24页。、讨论上述、讨论上述(shngsh)公式公式 从上可知 、 均

18、是 的函数，所以斜截面的方位不同，截面上的应力也不同。 0当 时，斜截面k-k成为横截面。 达最大值， 同时 达最小值 max0min045达到最大值， 当 时，2/maxMechanic of Materials8-3 直杆轴向拉伸或压缩直杆轴向拉伸或压缩(y su)时斜截面上的时斜截面上的应力应力 当 表明在平行于杆件 090时， 00轴线的纵向截面上无任何应力。FFKK2coscos p2sin2sin0 p第20页/共24页第二十一页，共24页。轴力和轴力图轴力和轴力图(lt)第21页/共24页第二十二页，共24页。截面截面(jimin)(jimin)上的应力上的应力横截面上的应力横截面上的应力(yngl)第22页/共24页第二十三页，共24页。斜截面斜截面(jimin)上的应上的应力力第23页/共24页第二十四页，共24页。