材料力學內力圖繪製詳解

2021-03-04 09:36:38 字數 2888 閱讀 3382

一、由外力直接繪製軸力圖

例5.4 如圖5.18(a)所示為一繩子受力圖,右端固定,試繪製該繩的軸力圖。

解根據外力直接繪製軸力圖(見圖5.18(b)),繪圖分析過程及步驟如下。

從左向右繪製,始終取右邊部分為研究體。在截面a有集中力f1,使研究體拉伸變形,故軸力在此截面向正方向發生突變,軸力突變大小為集中力f1大小,此時 fn=(0+500)n=500 n;在ab段沒有外力,故軸力不變;在截面b有集中力f2,使研究體受拉伸變形,故軸力在此截面向正方向發生突變,軸力突變大小為集中力f2大小,此時fn=(500+420)n=920 n;在bc段沒有外力,故軸力不變;在截面c有集中力f3,使研究體受壓縮變形,故軸力在此截面向負方向發生突變,軸力突變大小為集中力f3大小,此時fn=(920-280)n=640 n;在cd段沒有外力,故軸力不變;在截面d有集中力f4,使研究體受壓縮變形,故軸力在此截面向負方向發生突變,軸力突變大小為集中力f4大小,此時 fn=(640-800)n=-160 n;在de段沒有外力,故軸力不變;在截面e有集中力,由於軸力曲線與軸線圍成封閉圖形,故軸力突變為0。

例5.5 有一根階梯軸受力如圖5.19(a)所示,試繪製階梯軸的軸力圖。

圖5.19

解從右向左繪製,始終取左變部分為研究體。根據外力直接繪製軸力圖(見圖5.19(b)),繪圖分析過程及步驟如下:

在截面a有集中力f1,使研究體壓縮變形,故軸力在此截面向負方向發生突變,軸力突變大小為集中力f1大小,此時fn=(0-10)kn=-10 kn;在ab段有均勻分布載荷,使研究體受拉伸變形,故軸力以斜直線規律向正方向漸變,軸力漸變大小為均勻分布載荷大小,此時fn=(-10+10×2)kn=10 kn;在截面b沒有力,故此截面軸力沒有變化;在bc段沒有外力,故軸力不變;在截面c有集中力f2,使研究體受拉伸變形,故軸力在此截面向正方向發生突變,軸力突變大小為集中力f2大小,此時fn=(10+10)kn=20 kn;在cd段沒有外力,故軸力不變;在截面d有集中力,由於軸力曲線與軸線圍成封閉圖形,故軸力突變為0.

二、由外力直接繪製扭矩圖

例5.7 如圖5.24(a)所示圓軸,左端固定、右端自由,受到三個集中力偶作用,試繪製其內力圖。

圖5.25

解從右向左繪製,始終取左部分為研究體。根據外力偶直接繪製扭矩圖,繪製分析過程及步驟如下:

在截面a有集中力偶m1,變形方向由右手螺旋法則判斷,拇指背離截面,故扭矩在此截面向正方向發生突變,扭矩突變大小為集中力偶m1大小,此時;在ab段無外載荷,故扭矩不變;在截面b有集中力偶m2,變形方向由右手螺旋法則判斷,拇指指向截面,故扭矩在此截面向負方向發生突變,扭矩突變大小為集中力偶m2大小此時 mx=1-2=-1;在bc段無外載荷,故扭矩不變;在截面c有集中力偶m3,變形方向由右手螺旋法則判斷,拇指背離截面,故扭矩在此截面向正方向發生突變,扭矩突變大小為集中力偶m3大小;在cd段有無外載荷,故扭矩不變;在截面d有集中力,由於扭矩曲線與軸線圍成封閉圖形,故扭矩突變為零。扭矩圖如圖5.25(b)所示。

三、由外力直接繪製剪力圖和彎矩圖

剪力、彎矩與分布載荷間的關係

例5.10 如圖5.28(a)所示,簡支梁ab,在c點承受集中載荷f=6 kn作用,跨度l=3 m,,試繪製梁的內力圖。

解 (1)求支座反力。取整段梁為研究物件,受力分析如圖5.28(b),由平衡條件得

解得 解得

(2)由外力直接繪製內力圖。

從a截面開始,有一向上的集中力fa,故在此截面剪力向上突變,突變大小等於fa,彎矩沒有變化;ac段沒有外力,故剪力在該段沒有變化,由於剪力大於零,故在該段彎矩以斜直線規律向正向變化,從截面a到截面c彎矩變化大小為ac段剪力與x軸圍成的面積即;在截面c有一向下的集中載荷f,故在此截面剪力向下突變f,彎矩沒有變化;在cb段沒有外力,故剪力在該段沒有變化,由剪力小於零,則該段彎矩以斜直線規律向負向變化,從截面c到截面b彎矩變化大小為cb段剪力與x軸圍成的面積即變為0。

例5.11 如圖5.29(a)所示外伸梁,試計算其內力並畫出內力圖。

圖5.29

解 (1)先求支座反力。取整段梁研究,其受力如圖5.29(a),由平衡條件得

解得 (2)由外力直接繪製內力圖。

從截面a開始,有一向上的集中力fa,故在此截面剪力向上突變,突變大小等於fa,彎矩沒有變化;ab段有向下的均布力系,故剪力在該段以斜直線規律向下漸漸變化,從截面a到截面b剪力值變化,彎矩以開口向上的拋物線規律漸漸變化,在剪力為零的截面d彎矩為極值,從截面a到截面d變化值為小三角形面積,從截面d到截面b變化大三角形面積;在截面b有一向上的集中力fb,故在該截面剪力向上突變,突變大小等於fb的大小,彎矩沒有變化;bc段沒有外力,故剪力在該段沒有變化,由於剪力大於零,故該段彎矩以斜直線規律向正向變化,從截面c到截面b彎矩變化大小為bc段剪力與x軸圍成的面積。所繪內力圖如圖5.29(b)、(c)所示。

(3)檢查圖形是否封閉。

例5.12 如圖5.30(a)所示外伸梁,集中力f=10 kn,均布載荷集度q=10 kn/m,試利用剪力、彎矩與載荷集度的微分關係繪製出梁的剪力圖、彎矩圖。

圖5.30

解:(1)求a處約束力。取整體研究,受力如圖5.30(a),建立平衡方程。 解得

解得(2)由外力直接繪製內力圖。

從截面a開始,有一向上的集中力fa,故在此截面剪力向上突變,突變大小等於fa,彎矩沒有變化;ac段沒有外力,故剪力在該段沒有變化,由於剪力大於零,則該段彎矩以斜直線規律向正向變化,從截面c到截面b彎矩變化大小為ac段剪力與x軸圍成的面積;截面c有一向下的集中力f,故在此截面剪力向下突變,突變大小等於f的大小,彎矩沒有變化;cd段沒有外力,故剪力在該段沒有變化,由於剪力小於零,則該段彎矩以斜直線規律向負向變化,從截面c到截面d彎矩變化大小為cd段剪力與x軸圍成的面積; 截面d有一向上的集中力fd,故在此截面剪力向上突變fd,彎矩沒有變化;db段有向下的均布力系,故剪力在該段以斜直線規律向下漸漸變化,從截面d到截面b剪力值變化,彎矩以開口向上的拋物線規律漸漸變化,在剪力為零的截面d彎矩為極值,從截面d到截面b變化大小為小三角形面積。

(3)檢查圖形是否封閉。

材料力學習題冊答案第4章彎曲內力

第四章梁的彎曲內力 一 判斷題 1 若兩梁的跨度 承受載荷及支承相同,但材料和橫截面面積不同,則兩梁的剪力圖和彎矩圖不一定相同。2 最大彎矩必然發生在剪力為零的橫截面上。3 若在結構對稱的梁上作用有反對稱載荷,則該梁具有對稱的剪力圖和反對稱的彎矩圖。圖 4 1 二 填空題 1 圖 4 2 所示為水平...

材料力學習題冊答案第4章彎曲內力

第四章梁的彎曲內力 一 判斷題 1 若兩梁的跨度 承受載荷及支承相同,但材料和橫截面面積不同,則兩梁的剪力圖和彎矩圖不一定相同。2 最大彎矩必然發生在剪力為零的橫截面上。3 若在結構對稱的梁上作用有反對稱載荷,則該梁具有對稱的剪力圖和反對稱的彎矩圖。圖 4 1 二 填空題 1 圖 4 2 所示為水平...

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第四章梁的彎曲內力 一 判斷題 1 若兩梁的跨度 承受載荷及支承相同,但材料和橫截面面積不同,則兩梁的剪力圖和彎矩圖不一定相同。2 最大彎矩必然發生在剪力為零的橫截面上。3 若在結構對稱的梁上作用有反對稱載荷,則該梁具有對稱的剪力圖和反對稱的彎矩圖。圖 4 1 二 填空題 1 圖 4 2 所示為水平...