化工设备设计基础-ppt课件.ppt

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1、化工设备设计基础第二章直杆的拉伸与压缩（~4学时）2010年9月28日郑州大学化工与能源学院第2章直杆的拉伸与压缩刚体与变形体：弹性变形：构件受到外力作用后发生变形，当外力卸载后，即可消失的变形。塑性变形：构件受到外力作用后发生变形，当外力卸载后，不可消失的变形。研究（弹性）小变形：在分析构件上力的平衡关系时，变形的影响可忽略不计，仍按构件原来的尺寸计算。化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院2-1构件变形的基本形式一、构件的形状类别：1、杆：长度方向（纵向）尺寸远大于垂直于长度方向（横向）尺寸的构件。2、板：厚度尺

2、寸比其长度或宽度尺寸小得多、且几何形状为平面的构件。3、壳：厚度尺寸比其长度或宽度尺寸小得多、且几何形状为曲面的构件。化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院二、杆件的四种基本变形：—拉伸或压缩、弯曲、剪切、扭转四种。1、拉伸或压缩变形（简称为“拉压”）：受力变形图：受力及变形特点：外力沿杆轴线作用，使杆沿轴线方向伸长或缩短（同时截面变小或变大）。2-1构件变形的基本形式化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院2、弯曲变形：受力变形图：受力及变形特点：杆件受垂直于轴线的外力偶或横向力作用，杆轴线弯成曲线。2-1构件变形的

3、基本形式化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院3、剪切变形：受力变形图：受力及变形特点：一对垂直于杆轴线的力，作用在杆的两侧表面上，而且两力的作用线相距很近，使两力作用线间的横截面发生相对错动。2-1构件变形的基本形式化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院4、扭转变形：受力变形图：受力及变形特点：杆件受到一对大小相等、转向相反、绕杆轴线旋转的力偶作用时，杆的各横截面绕杆轴线发生相对转动。2-1构件变形的基本形式化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院2-2轴向拉伸或压缩时的内力一、内力的概念1、工程力学把构件不受外力作

4、用时的内力看作是零，把外力作用后引起的内力变化量（附加内力）简称内力。可见：内力与外力相平衡。2、内力是一个广义的概念，外力作用形式不同，产生的变形形式也不同。因此，内力可以是一个力，也可以是一个力偶，它们统称为内力。化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院二、求内力的方法——截面法：1、截面法：2、轴力N：—沿轴线作用的内力。轴力的正负：使杆拉伸变形时轴力取正，反之取负。2-2轴向拉伸或压缩时的内力化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院3、截面法求内力的步骤：假想用一平面将杆件切成两段；取任一段为研究对象，画出受力图

5、；利用静力平衡方程求解。2-2轴向拉伸或压缩时的内力化工设备设计基础例2-1，一等截面直杆，受轴向外力P1、P2、P3的作用，已知P1=8kN，P2=10kN，P3=6kN，试求AB、BC、CD各段上的轴力。郑州大学化工与能源学院解：ΣFx=0：N1-P1=0∴N1=P1=8KNΣFx=0：N2-P1+P2=0∴N2=P1-P2=-2KNΣFx=0：N3-P1+P2-P3=0∴N3=P1+P2-P3=4KN2-2轴向拉伸或压缩时的内力化工设备设计基础轴力图：—轴力随横截面位置的改变而变化的图形。郑州大学化工与能源学院

6、一、应力的概念设是作用在微截面积上的内力。那么：—微截面积上的平均应力。—某点处的应力（内力集度），一般用σ表示。2-3轴向拉伸或压缩时的应力化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院二、轴向拉伸或压缩时横截面上的应力：平面截面假设：2-3轴向拉伸或压缩时的应力化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院结论：杆件受拉伸或压缩时，截面上的内力(或应力)呈均匀分布，其方向与横截面垂直。故（正）应力的计算式为：（Pa，MPa）2-3轴向拉伸或压缩时的应力化工设备设计基础式中：N—横截面上的内力（N）；A—横截面面积（m2，mm2）

7、。郑州大学化工与能源学院2-3轴向拉伸或压缩时的应力三、轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力：化工设备设计基础N=F（Aα为直杆斜截面k-k的面积）郑州大学化工与能源学院设A为直杆横截面面积，斜截面k-k的外法线n与杆轴线（x轴）的夹角为α：由几何关系知：2-3轴向拉伸或压缩时的应力化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院2-3轴向拉伸或压缩时的应力正应力和剪应力的符号规定：正应力以拉应力为正，压应力为负；剪应力以构件内任一点有顺时针转动趋势者为正，反之为负。化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院当α=00时，正应力为　　　

8、，达到最大值，即直杆受轴向拉伸或压缩时，最大正应力发生在横截面上。当α=450时，剪应力为　　　　　，斜截面上产生最大剪应力，其值等于横截面上正应力的一半。2-3轴向拉伸或压缩时的应力化工设备设计基础郑州大学化工与能源学院2-4轴向拉伸或压缩时的强度条件极限应力：杆件开始发生破坏时的应力值，用表示。为使杆件不发生破坏，杆件截面上的正应力（即最大