当前课程知识点:工程力学(面向船舶工程类专业) > 模块8 弯曲变形分析 > 8-3 弯曲变形横截面上应力分析 > 教案
一简支梁受力如下图所示,剪力图和弯距图分别由图2-45(b)、(c)所示。显然,梁AB在两相等集中力作用下AC、DB段既有剪力又有弯距,这种情况称为横力弯曲;CD段只有弯距没有剪力,这种情况称为纯弯曲。
以上中梁受纯弯曲的CD段作为研究对象来研究。梁CD段是纯弯曲,相当于两端受力偶(力偶矩M=Pa)作用,如下图(b)所示。观察纯弯曲时梁的变形,可以看如下现象:
梁变形后,横向线Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ仍为直线且与梁的轴线垂直,但倾斜了一个角度,如上图(c)所示;纵向线ab缩短了,而cd伸长了;由压缩过度到伸长之间,有一条纵向线的长度保持不变。把这条纵向线看成材料的一层纤维,则这层纤维既不伸长也不缩短,称为中性层,中性层与横截面的交线称为中性轴,如上图(c)所示。
根据观察到的现象,可以推断梁内的变形情况,梁的各纵向线受到轴向拉伸和压缩,因此横截面上只有正应力,而且正应力沿梁高度呈线性分布,中性轴上各点正应力为零,距离中性轴越远正应力越大,如下图所示。
梁横截面上任一点弯曲正应力计算公式为:
式中: σ── 横截面上某点处的正应力,单位MPa;
M── 横截面上的弯矩,单位Nm;
y ── 横截面上该点到中性的距离,单位mm;
Iz── 横截面对中性轴z的惯性矩,单位mm4(具体计算方法可查询相关手册)。
可以看出:中性轴上y=0,故σ=0;y=ymax时σ=σmax,最大正应力产生在离中性轴最远的边缘上,即
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