题目
工程中常见的组合变形有那儿类?进行组合变形时杆件应力和强度计算的理论依据是什么?
工程中常见的组合变形有那儿类?进行组合变形时杆件应力和强度计算的理论依据是什么?
题目解答
答案
工程中常见的组合变形包括:轴向拉伸(压缩)与弯曲的组合、扭转与弯曲的组合、斜弯曲(两个平面弯曲的组合)以及弯扭组合。
理论依据:
- 叠加原理:不同基本变形引起的应力可独立计算后叠加;
- 强度理论:如最大正应力理论(第一强度理论)或最大剪应力理论(第三强度理论),用于校核组合变形下的强度。
答案:工程中常见的组合变形有轴向拉伸(压缩)与弯曲的组合、扭转与弯曲的组合、斜弯曲(两个平面弯曲的组合)以及弯扭组合;理论依据为叠加原理和强度理论。
解析
本题主要考查工程中组合变形的分类以及进行组合变形时杆件应力和强度计算的理论依据相关知识。解题思路如下:
- 组合变形的分类:在工程实际中,杆件的受力情况往往较为复杂,常常是几种基本变形同时存在,我们需要根据常见的受力组合形式来确定组合变形的类型。常见的基本变形有轴向拉伸(压缩)、扭转和弯曲,通过不同基本变形的组合可以得到常见的组合变形形式。
- 轴向拉伸(压缩)与弯曲的组合:当杆件受到轴向力和横向力共同作用时,就会发生轴向拉伸(压缩)与弯曲的组合变形。例如,桥梁的横梁在承受自身重力(轴向力)和车辆荷载(横向力)时,就会出现这种组合变形。
- 扭转与弯曲的组合:当杆件既受到使它发生扭转的力偶作用,又受到使它发生弯曲的横向力作用时,就会发生扭转与弯曲的组合变形。比如,机械中的传动轴,在传递扭矩的同时,还会受到齿轮啮合力等横向力的作用,从而产生扭转与弯曲的组合变形。
- 斜弯曲(两个平面弯曲的组合):当横向力不通过截面的形心主惯性轴时,杆件会在两个形心主惯性平面内同时发生弯曲变形,这种变形称为斜弯曲。例如,矩形截面梁在受到不通过截面形心主惯性轴的横向力作用时,就会发生斜弯曲。
- 弯扭组合:当杆件受到横向力和扭转力偶共同作用时,就会发生弯扭组合变形。像电机轴在传递扭矩的同时,还会受到皮带拉力等横向力的作用,从而产生弯扭组合变形。
- 应力和强度计算的理论依据:
- 叠加原理:在小变形和材料处于线弹性范围内的条件下,不同基本变形引起的应力是相互独立的,因此可以分别计算每种基本变形引起的应力,然后将它们叠加起来得到组合变形下的总应力。例如,对于轴向拉伸(压缩)与弯曲的组合变形,我们可以先分别计算轴向拉伸(压缩)引起的正应力和弯曲引起的正应力,然后将它们相加得到组合变形下的总正应力。设轴向拉伸(压缩)引起的正应力为$\sigma_{N}=\frac{F_N}{A}$(其中$F_N$为轴向力,$A$为截面面积),弯曲引起的正应力为$\sigma_{M}=\frac{M_y z}{I_y}+\frac{M_z y}{I_z}$(其中$M_y$、$M_z$分别为绕$y$轴和$z$轴的弯矩,$y$、$z$为所求点到$z$轴和$y$轴的距离,$I_y$、$I_z$分别为截面对$y$轴和$z$轴的惯性矩),则组合变形下的总正应力为$\sigma=\sigma_{N}+\sigma_{M}$。
- 强度理论:由于组合变形下的应力状态较为复杂,直接根据应力大小来判断杆件的强度比较困难,因此需要采用强度理论。强度理论是根据材料的破坏现象和试验结果,提出的关于材料破坏原因的假说,然后通过试验来验证这些假说的正确性。常见的强度理论有最大正应力理论(第一强度理论)和最大剪应力理论(第三强度理论)等。最大正应力理论认为,材料发生脆性断裂的主要原因是最大正应力达到了材料的强度极限,其强度条件为$\sigma_{max}\leq[\sigma]$(其中$\sigma_{max}$为组合变形下的最大正应力,$[\sigma]$为材料的许用应力);最大剪应力理论认为,材料发生屈服破坏的主要原因是最大剪应力达到了材料的剪切屈服极限,其强度条件为$\tau_{max}\leq[\tau]$(其中$\tau_{max}$为组合变形下的最大剪应力,$[\tau]$为材料的许用剪应力)。