2G311082 桿件強度的計算方法
1．桿件的內(nèi)力
桿件的種類很多，工程上一般將它們概括為實心或厚壁截面桿和薄壁截面桿、直桿和曲桿、等截面桿和變截面桿等。
桿件的強度是通過應力這個物理量來度量的。為了確定這些應力，一般需先求出桿件橫截面上的內(nèi)力分量，即截面上分布內(nèi)力對某選定坐標系簡化所得的主向量及主矩的分量。
確定桿件內(nèi)力的一般方法是截面法和利用平衡條件。
在分析復雜受力桿件的內(nèi)力時，也可以先將外力進行適當?shù)暮喕?，把桿件分為幾個簡單的受力桿件分別計算其內(nèi)力，然后相疊加。這就是工程常用的內(nèi)力疊加法。
為了表示內(nèi)力沿桿長的變化規(guī)律，可以將內(nèi)力表示成坐標x的函數(shù)，稱為內(nèi)力方程式。
工程上除了以內(nèi)力方程描述桿件內(nèi)力的變化規(guī)律外，更多的是使用作圖方式，因為圖形更能形象地表示內(nèi)力沿軸線的變化和危險截面的位置。內(nèi)力圖包括剪力圖、彎矩圖、扭矩圖、軸向力圖，其中軸向力圖和扭矩圖一般都很簡單。
2．桿件強度分析
在求得桿件內(nèi)力的基礎(chǔ)上，為了確定其強度，還需進一步分析它的應力。
桿件應力的精確理論是相當復雜的，但材料力學就是要對常見的典型構(gòu)件建立一些簡單、實用的應力近似計算公式，作為評定工程結(jié)構(gòu)強度的依據(jù)。因此，在一般情況下都采取假設(shè)來簡化應力分析。這些假設(shè)是有實驗依據(jù)的，由此得出的近似理論公式也已受到實踐的檢驗。
桿件的整體變形，大致可歸納為三種基本形式：桿件軸向伸長或縮短、軸線的彎曲、橫截面繞軸線的扭轉(zhuǎn)，簡稱拉伸或壓縮：彎曲、扭轉(zhuǎn)。桿件的復雜變形都可看作是這三種基本變形的組合。對應這三種變形，桿內(nèi)各單元都有應力作用。拉伸(壓縮)時，桿的橫截面上只有正應力，沒有剪應力；彎曲時，橫截面上主要的還是正應力，剪應力一般是個小量；而扭轉(zhuǎn)變形時，實心桿件的橫截面上主要是剪應力。
3．桿件的強度計算
應力分析的目的是對工程構(gòu)件進行強度評定。評定工作大致包括下列幾個方面：
● 分析桿內(nèi)的主要和次要應力。
● 分析內(nèi)力，作內(nèi)力圖，確定危險面，并根據(jù)截面上應力分布確定應力作用位置。
● 求出危險單元上的工作應力，即桿件在正常工作時，工作外力所產(chǎn)生的應力值。
● 由實驗或設(shè)計規(guī)范、手冊，確定材料的“破壞”應力。
● 建立桿件安全或“破壞”的判別條件，以判斷桿件是否能正常工作。
在一般情況下，桿件的橫截面上會有正應力和剪應力作用。剪應力又可分為彎曲剪應力和扭轉(zhuǎn)剪應力兩類。前者在有橫向力作用時與彎曲正應力同時出現(xiàn)，對細長桿來說，彎曲剪應力是個小量。對于實心截面桿，一般可以不考慮彎曲剪應力對桿件強度的影響。但對一些抗剪能力特別差的材料，例如順紋木材，除了應按正應力來判斷桿件強度外，還應按剪應力來檢驗它的安全。
對于一些薄壁截面，例如工字形截面，在腹板處的彎曲正應力和剪應力都相當大，這時應考慮該處的單元在兩種應力共同作用下的強度問題。
從桿件橫截面上的彎曲正應力和扭轉(zhuǎn)剪應力的分布可以看出，桿件的危險單元一般都在截面的邊界處，具體位置要根據(jù)截面形狀和內(nèi)力的實際方向確定。
桿件是由各種材料制成的，而材料能承受的應力值是有限度的，如超過承載能力，桿件將不能正常工作。因此，在設(shè)計規(guī)范和有關(guān)手冊中，對各種材料在某種工作的條件下，規(guī)定了保證不同材料安全工作的應力值，稱為許用應力。
桿件的拉伸壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲四種基本變形的強度計算。
(1)桿件軸向拉伸或壓縮時的強度計算
為了保證桿件在外力的作用下能夠正常工作，必須使材料截面上的實際應力(工作應力)不超過材料的許用應力，即
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上式稱為桿件軸向拉伸或壓縮時的強度條件。
式中 N——危險截面的內(nèi)力；
A——危險截面的截面面積。
利用強度條件，可以解決以下三大問題。
1．桿件的內(nèi)力
桿件的種類很多，工程上一般將它們概括為實心或厚壁截面桿和薄壁截面桿、直桿和曲桿、等截面桿和變截面桿等。
桿件的強度是通過應力這個物理量來度量的。為了確定這些應力，一般需先求出桿件橫截面上的內(nèi)力分量，即截面上分布內(nèi)力對某選定坐標系簡化所得的主向量及主矩的分量。
確定桿件內(nèi)力的一般方法是截面法和利用平衡條件。
在分析復雜受力桿件的內(nèi)力時，也可以先將外力進行適當?shù)暮喕?，把桿件分為幾個簡單的受力桿件分別計算其內(nèi)力，然后相疊加。這就是工程常用的內(nèi)力疊加法。
為了表示內(nèi)力沿桿長的變化規(guī)律，可以將內(nèi)力表示成坐標x的函數(shù)，稱為內(nèi)力方程式。
工程上除了以內(nèi)力方程描述桿件內(nèi)力的變化規(guī)律外，更多的是使用作圖方式，因為圖形更能形象地表示內(nèi)力沿軸線的變化和危險截面的位置。內(nèi)力圖包括剪力圖、彎矩圖、扭矩圖、軸向力圖，其中軸向力圖和扭矩圖一般都很簡單。
2．桿件強度分析
在求得桿件內(nèi)力的基礎(chǔ)上，為了確定其強度，還需進一步分析它的應力。
桿件應力的精確理論是相當復雜的，但材料力學就是要對常見的典型構(gòu)件建立一些簡單、實用的應力近似計算公式，作為評定工程結(jié)構(gòu)強度的依據(jù)。因此，在一般情況下都采取假設(shè)來簡化應力分析。這些假設(shè)是有實驗依據(jù)的，由此得出的近似理論公式也已受到實踐的檢驗。
桿件的整體變形，大致可歸納為三種基本形式：桿件軸向伸長或縮短、軸線的彎曲、橫截面繞軸線的扭轉(zhuǎn)，簡稱拉伸或壓縮：彎曲、扭轉(zhuǎn)。桿件的復雜變形都可看作是這三種基本變形的組合。對應這三種變形，桿內(nèi)各單元都有應力作用。拉伸(壓縮)時，桿的橫截面上只有正應力，沒有剪應力；彎曲時，橫截面上主要的還是正應力，剪應力一般是個小量；而扭轉(zhuǎn)變形時，實心桿件的橫截面上主要是剪應力。
3．桿件的強度計算
應力分析的目的是對工程構(gòu)件進行強度評定。評定工作大致包括下列幾個方面：
● 分析桿內(nèi)的主要和次要應力。
● 分析內(nèi)力，作內(nèi)力圖，確定危險面，并根據(jù)截面上應力分布確定應力作用位置。
● 求出危險單元上的工作應力，即桿件在正常工作時，工作外力所產(chǎn)生的應力值。
● 由實驗或設(shè)計規(guī)范、手冊，確定材料的“破壞”應力。
● 建立桿件安全或“破壞”的判別條件，以判斷桿件是否能正常工作。
在一般情況下，桿件的橫截面上會有正應力和剪應力作用。剪應力又可分為彎曲剪應力和扭轉(zhuǎn)剪應力兩類。前者在有橫向力作用時與彎曲正應力同時出現(xiàn)，對細長桿來說，彎曲剪應力是個小量。對于實心截面桿，一般可以不考慮彎曲剪應力對桿件強度的影響。但對一些抗剪能力特別差的材料，例如順紋木材，除了應按正應力來判斷桿件強度外，還應按剪應力來檢驗它的安全。
對于一些薄壁截面，例如工字形截面，在腹板處的彎曲正應力和剪應力都相當大，這時應考慮該處的單元在兩種應力共同作用下的強度問題。
從桿件橫截面上的彎曲正應力和扭轉(zhuǎn)剪應力的分布可以看出，桿件的危險單元一般都在截面的邊界處，具體位置要根據(jù)截面形狀和內(nèi)力的實際方向確定。
桿件是由各種材料制成的，而材料能承受的應力值是有限度的，如超過承載能力，桿件將不能正常工作。因此，在設(shè)計規(guī)范和有關(guān)手冊中，對各種材料在某種工作的條件下，規(guī)定了保證不同材料安全工作的應力值，稱為許用應力。
桿件的拉伸壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲四種基本變形的強度計算。
(1)桿件軸向拉伸或壓縮時的強度計算
為了保證桿件在外力的作用下能夠正常工作，必須使材料截面上的實際應力(工作應力)不超過材料的許用應力，即
(2G311082—1)
上式稱為桿件軸向拉伸或壓縮時的強度條件。
式中 N——危險截面的內(nèi)力；
A——危險截面的截面面積。
利用強度條件，可以解決以下三大問題。