10 第十章彎曲變形

2022-12-29 12:18:02 字數 2098 閱讀 9113

在外力作用下,受彎後梁的軸線變為一條連續光滑的曲線。

1. 撓度、轉角

撓度:梁橫截面的形心在垂直於軸線方向的位移。

轉角:梁橫截面繞其中性軸所轉的角位移。

2. 撓度、轉角正負規定

撓度正負規定: 撓度與座標軸正向一致取正,反之取負。

轉角正負規定: 轉角順時針轉向為正,逆時針轉向為負。

1. 撓曲線方程: 。撓曲軸是撓曲線方程的函式曲線

2. 轉角方程:

3. 撓曲線上任一點斜率

在小撓度情況下,θ很小(不超過或0.0175rad)

所以,1. 梁在純彎曲情況下的曲率公式

a)2. 對於跨度l遠大於高度h的細長梁,剪力對於彎曲變形的影響不計,m和皆為x的函式,所以

b)從幾何關係上看,平面曲線的曲率又有表示式:

c)當為正時,梁的繞曲線向下凹,,

當為負時,梁的繞曲線向上凸,,

由彎矩的正負號規定和本章所取座標系,得:,

在 小變形條件下,梁的轉角很小,所以得

近似微分方程適用於彈性範圍內小撓度平面彎曲。

撓曲線近似微分方程:

將撓曲線近似微分方程相繼兩次積分得:

轉角方程:

撓曲線方程:

積分常數由支承條件(邊界的轉角和撓度已知)和連續條件(撓曲線連續光滑)確定。

例題:如圖所示為一懸臂梁,ei=常數,在其自由端受一集中力f的作用,試求此梁的撓曲線方程和轉角方程,並確定其最大的撓度和最大轉角。

解:1. 建立撓曲線微分方程並積分

梁的彎矩方程:

梁的微分方程:

積分得:,

2. 確定積分常數

梁的邊界條件為:在固定端a處轉角和撓度等於零,即:

解得3. 確定撓曲線、轉角方程並求最大轉角,最大撓度

梁的最大撓度和最大轉角均在梁的自由端截面b處,將代數上式,得:

( )

梁材料服從胡克定律下的小變形,幾種載荷共同作用產生的變形等於各載荷單獨作用產生變形的代數和。

1. 外伸梁

2. 荷載點不在端點的懸臂梁

例題:1、簡支梁上作用均布載荷q以及集中力偶,試用疊加法求梁跨中截面的撓度及兩端截面a、b的轉角。

解:(1)均布載荷q單獨作用下,查表得:

(2)集中力偶m單獨作用下,查表得:

, ,

(3)疊加以上結果,得:

2. 如圖a所示截面外伸梁,ei=常數。使用疊加法求截面b的轉角和端點c的撓度。

解:ac梁的彈性變形可分解為簡支梁ab的彈性變形和bc段的彈性變形。c點的撓度就是這兩種變形引起的位移之和:

(1)分析簡支梁ab的變形

,疊加得截面b的轉角為:

(2)分析懸臂梁bc的變形

由於ab梁的截面b轉到了,原固結於懸臂梁bc也整體轉到了,則由引起相應的c點的撓度為:

原有作用下引起懸臂梁bc的端點c的撓度為:

(3)c點的撓度應有和疊加得( )

3、如圖所示懸臂梁在bc段承受均布載荷q的作用,ei=常數。試用疊加法確定自由端c的撓度和轉角。

梁的約束力的個數超過了靜力平衡方程數目,即成為超靜定梁。

在超靜定樑中,凡是多於維持平衡所必須的約束稱為多餘約束,其相應的約束力稱為多餘約束力。多餘約束力的數目就是超靜定的次數。

為求解超靜定梁,除建立平衡方程外,還應利用變形協調條件以及力與位移之間的關係建立補充方程。

以圖中超靜定梁為例,設想b支座為多餘約束,解除b支座並用約束力代替,這樣得到的靜定梁稱為原超靜定梁的相當系統。

相當系統在均布載荷q和未知力的作用下發生變形,應與原超靜定梁的變形完全一致,這就是變形協調條件。

由於b段沒有豎向位移,所以,即,

再由平衡條件得:

工程中的受彎構件,除了應滿足強度條件要求外,還應限制最大撓度或最大轉角不超過某一規定數值,這就是剛度條件:

許用撓度和許用轉角隨梁的工作要求而異。

∝1.增大i:採用合理的截面形式,如:採用工字型、箱型、空心圓軸。

2.減少跨度l。

3. 合理選擇支座

(1)調整支座位置

(2)增加支座

4.調整荷載

(1)改變荷載位置,荷載位置盡量靠近支座

(2)將集中荷載分散成分布力

5.選擇彈性模量較大的材料

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