第 7 章 应力状态分析
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第 7 章 应力状态分析. 本章主要研究 :. 应力状态分析基本理论 应变状态分析基本理论 应力应变关系 应力电测的基本理论. §1 引言 §2 平面应力状态应力分析 §3 极值应力与主应力 §4 复杂应力状态的最大应力 §5 广义胡克定律 §6 应变分析与电测应力. § 1 引 言. 实例 应力与应变状态 平面与空间应力状态. 微体 A. 实 例. 微体 abcd. 微体 A. 应力状态. 过构件内一点所作各微截面的应力状况,称为该点处的应力状态. 应变状态. 应力与应变状态. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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1
第 7 章 应力状态分析
本章主要研究:
应力状态分析基本理论 应变状态分析基本理论 应力应变关系 应力电测的基本理论
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§1 引言 §2 平面应力状态应力分析 §3 极值应力与主应力§4 复杂应力状态的最大应力§5 广义胡克定律§6 应变分析与电测应力
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§1 引 言
实例 应力与应变状态 平面与空间应力状态
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4
实 例
微体 A
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5
微体 abcd
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6
微体 A
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7
应力与应变状态
过构件内一点所作各微截面的应力状况,称为该点处的应力状态
应力状态
应变状态构件内一点在各个不同方位的应变状况,称为该点处的应变状态
研究方法环绕研究点切取微体,因微体边长趋于零,微体趋于所研究的点,故通常通过微体,研究一点处的应力与应变状态
研究目的研究一点处的应力、应变及其关系,目的是为构件的应力、变形与强度分析,提供更广泛的理论基础
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8
梁取微体 ( 单元体 )
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9
轴取微体 ( 单元体 )
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10
平面与空间应力状态
仅在微体四侧面作用应力,且应力作用线均平行于微体的不受力表面-平面应力状态
平面应力状态的一般形式
微体各侧面均作用有应力-空间应力状态
空间应力状态一般形式
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11
§2 平面应力状态应力分析
应力分析的解析法 应力圆 例题
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12
应力分析的解析法
问题:建立 与 x x , y y 间的关系
问题
符号规定:
方位角 与与 x 与与与与与与与与 切应力 - 以企图使微体沿 旋转者为正
方位用 与与与与与与斜截面: // z 轴;
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13
0)sinsind()cossind(
)coscosd()sincosd(d 0n
AA
AAAF
yy
xx,
0)cossind()sinsind(
)sincosd()coscosd(d 0t
AA
AAAF
yy
xx,
cos )sin(sincos 22yxyx
22 sincoscos )sin( yxyx
斜截面应力公式
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14
cos )sin(sincos 22yxyx
22 sincoscos )sin( yxyx
由于 x 与 y 数值相等 , 并利用三角函数的变换关系 ,得
sin2cos222 x
yxyx
cos2sin22 x
yx
上述关系建立在静力学基础上,故所得结论既适用于各向同性与线弹性情况,也适
用于各向异性、非线弹性与非弹性问题
上述关系建立在静力学基础上,故所得结论既适用于各向同性与线弹性情况,也适
用于各向异性、非线弹性与非弹性问题
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15
应力圆
sin2cos222 x
yxyx
cos2sin22 x
yx
sin2cos222 x
yxyx
cos2sin22
0 xyx
22
22
20
2 xyxyx
2yx
C
22
2 xyxR
应力圆
应力圆原理
圆心位于轴
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16
应力圆的绘制
2yx
C
2
2
2 xyxR
满足上述二条件确为所求应力圆
根据:
问题:已知 x x , y 与与与与与与
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17
图解法求斜截面应力
)2cos(2 0 CDOCH
sin2sin2 cos2cos2 00 CDCDOCH
sin2cos2 22 x
yxyxH
sin2cos222 x
yxyx
H同理可证:
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点、面对应关系
转向相同,转角加倍 互垂截面,对应同一直径两端
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应力圆画法 , 截面与点的关系演示
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20
例 题
例 2-1 计算截面 m-m 上的应力
解: MPa 100x MPa 50yMPa 60x30
MPa 114.5
MPa 35.0
sin2cos222 x
yxyxm
cos2sin22 x
yxm
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22
例 2-2 利用应力圆求截面 m-m 上的应力
解:
MPa 115m MPa 35m
1. 画应力圆
2. 由应力圆求 mm 与A 点对应截面 x, B 点对应截面 y
由 A 点(截面 x )顺时针转 60 。至 D 点(截面 y )
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§3 极值应力与主应力
平面应力状态的极值应力 主平面与主应力 纯剪切与扭转破坏 例题
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24
平面应力状态的极值应力
CK
min
max
CAOC
min
max
极值应力数值
22
22 xyxyx
22
2 xyx
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25
yx
x
2tan2 0
y
x
x
x
maxmin0tan
极值应力方位
最大正应力方位:
max 与 min 所在截面正交
与与与与与所在截面 ,
成 夹角45
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26
主平面与主应力
主平面-切应力为零的截面
主应力-主平面上的正应力主应力符号与规定- 321
相邻主平面相互垂直,构成一正六面形微体 - 主平面微体
(按代数值)
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27
应力状态分类
单向应力状态:仅一个主应力不为零的应力状态 二向应力状态:两个主应力不为零的应力状态 三向应力状态:三个主应力均不为零的应力状态
二向与三向应力状态,统称复杂应力状态
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28
纯剪切与扭转破坏
Cmaxt, Dmaxc,
minmax
0 231 ,
纯剪切状态的最大应力
主平面微体位于 方位45
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29
圆轴扭转破坏分析
滑移与剪断发生在 max
的作用面
断裂发生在
max 作用面
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30
例 题
解: 1. 解析法 MPa 70x MPa 50x
MPa 261 02 MPa 963
MPa 96
MPa 26
5.62
例 4-1 用解析法与图解法,确定主应力的大小与方位
0y
2
min
max
22 xyxyx
y
x
max0 arctan
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31
MPa 261
02
MPa 963
5620 .
2. 图解法 主应力的大小与方位 ?
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32
§4 复杂应力状态的最大应力
三向应力圆 最大应力 例题
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33
三向应力圆
与任一截面相对应的点,或位于应力圆上,或位于由应力圆所构成的阴影区域内
与任一截面相对应的点,或位于应力圆上,或位于由应力圆所构成的阴影区域内
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34
最大应力
1max
231
max
3min
与与与与与与与与与与与与与与与
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35
例 题
例 4-1 已知 x = 80 MPa , x = 35 MPa , y = 20 MPa , z = - 40 MPa , 求主应力、最大正应力与最大切应力
解: 画三向应力圆MPa 1.961 C
MPa 1.961max
MPa 09.32 D MPa 403 E
MPa 1.682
31max
zz
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36
§5 广义胡克定律
广义胡克定律(平面应力状态) 广义胡克定律(三向应力状态) 例题
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广义胡克定律(平面应力状态)
Ex
x
Ex
y
Gx
xy
Ey
y
Ey
x
)(1
yxx E
)(1
xyy E
)(1 2 yxx
E
)(1 2 xyy
E
xyxy G
适用范围:各向同性材料,线弹性范围内适用范围:各向同性材料,线弹性范围内
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38
)]([1
zyxx E
)]([1
xzyy E
)]([1
yxzz E
适用范围:各向同性材料,线弹性范围内
适用范围:各向同性材料,线弹性范围内
广义胡克定律(三向应力状态)
Ex
x
Ey
x
Ez
x
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39
例 题
例 5-1 已知 E = 70 GPa, = 0.33, 求 45。
解: 应力分析
与与与)(
11354545
E41031.3
MPa30 ,0 MPa,50 xyx
sin2cos222 x
yxyx
09sin3009cos
2050
2050
45 MPa 5 MPa55135
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41
例 5-3 边长 a =10 mm 正方形钢块,置槽形刚体内, F = 8 kN ,与与与与与与与与
解: MPa802y a
Fσ 0x
yx MPa 24
EEyx
x
0EE
yx
MPa 80 ,MPa 24 ,0 321
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42
*§6 应变分析与电测应力
任意方位的正应变 应力分析电测方法 应变花
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43
任意方位的应变
平面应变状态特点0 yzxzz
微体内各点的位移均平行于同一平面
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44
平面应变状态任意方位应变
问题:已知应变 x , y 与 xy ,与与与与与与与
与与与与与与与与与与
规定: 方位角 与 x 轴为始边,为正
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45
分析方法要点:叠加法,切线代圆弧
分析方法
知 x , y xy 与
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46
lxx
dcosd cos
dd
lx
2siny
lyxy
dcosd
2cosx
lyy
dsind
2sin2xy
推导:
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47
结论:
2cosx 2siny
2sin2
xy
sincossincos 22xyyx
sin22
cos222
xyyxyx
上述分析建立在几何关系基础上,所得结论适用于任何小变形问题,而与材料的力学特性无关
上述分析建立在几何关系基础上,所得结论适用于任何小变形问题,而与材料的力学特性无关
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48
应力分析电测方法
sin22
cos222
xyyxyx
Axy
Ayxyx
A
sin2
2cos2
22
构件表层应力一般情况 ( 无表面外力
时 )
Bxy
Byxyx
B
sin2
2cos2
22
Cxy
Cyxyx
C
sin2
2cos2
22
xyyxxyyxCBA ,,,,,, xyyxxyyxCBA ,,,,,,
要确定三未知应力,需贴三电阻应变
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49
应变花
三轴直角应变花
54900
90
0
2
xy
y
x
三轴等角应变花
12060
012060
0
32
2231
xy
y
x
Axy
Ayxyx
A
sin2
2cos2
22
Bxy
Byxyx
B
sin2
2cos2
22
Cxy
Cyxyx
C
sin2cos2
222
90450
C
B
A
120
60
0
C
B
A
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50
本章结束 !