机械工程的概念和原理

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直接应力和弯曲应力的概念

在前面的主题中,我们已经看到了一些重要的概念,例如 梁的弯曲应力 剪力和弯矩的基本概念 应变能量储存在体内 梁弯曲方程 组合梁的弯曲应力 剪应力分布图 用于不同的部分等。

今天我们将在这里看到一个非常重要的主题,在材料的强度,即直接应力和弯曲应力的帮助下这篇文章。为了便于理解,让我们一步一步来,如果有任何问题,我们可以在本文下方提供的评论框中讨论。

正如我们已经讨论过的,当物体承受轴向拉伸或轴向压缩载荷时,物体中只会产生直接应力。同样地,当物体受到弯曲力矩时,只在物体内部产生弯曲应力。

现在让我们假设一个物体受到轴向拉伸或压缩载荷以及弯矩的作用,在这种情况下,物体中会产生直接应力和弯曲应力。

在这里,我们将看到这种情况,物体将承受轴向载荷和弯矩,我们将在这里分析物体中产生的应力,即弯曲应力和直接应力。

法向应力

让我们考虑一个柱,如下图所示,它固定在一端,让我们向柱的另一端施加一个P轴向载荷。简单地说,柱将受到压缩载荷,当轴向施加载荷时,只在柱体内产生直接压应力,这种直接压应力的强度在柱的横截面上是均匀的。
从上图中我们可以得到以下信息
P =轴向施加的压缩载荷,它通过柱的轴线作用在柱上
A=给定柱的横截面面积
给定列的横截面面积= b × d,(对于矩形截面)
σd=轴向施加的压缩载荷在柱内产生的直接压应力
b=给定列的横截面宽度
D =给定柱的横截面的高度或深度

柱内产生了直接压应力=轴向施加的压缩载荷/给定柱的截面面积
σd= P /
σd= P/ (b x d)
直接压应力单位= N/mm2

弯曲应力

现在让我们考虑一根柱,如下图所示,它固定在一端,让我们在距离柱轴e的距离处将一个载荷P施加到柱的另一端。简单地说,我们可以说,柱将受到一个偏心荷载,这个荷载的作用线将在距离柱轴e的距离上。
柱的轴线和荷载作用线之间的距离,即e,将被称为荷载的偏心,这种荷载将被称为偏心荷载。这种偏心荷载会在柱内产生直接应力和弯曲应力。
单位 弯曲应力= N /毫米2

回想一下弯曲应力我们会在这里写下,物体弯曲应力的表达式。
在那里,
I为柱矩形截面横轴YY的面积惯性矩
I = db3./ 12

M =荷载P形成的弯矩
M= P x e

P =加载应用程序撒了谎与一个偏心e

y =点到确定弯曲应力的中性轴的距离

让我们分析以上的概念,在这里计算出,由于这种偏心荷载,柱内会产生直接应力和弯曲应力。

让我们再画一列,但有一些变化。我们施加了两个相等而相反的轴向载荷P,如下图所示。简单地说,现在有三个力作用在柱子上。
装运偏心载荷作用在远处e的列和两个负载轴的相同大小的作用沿轴列但在相反的方向即一个负载轴向向下方向和第二负载也在轴向但向上的方向。

到目前为止,我们做了什么?

我们向柱子施加了两个大小相等、方向相反的载荷P。由于这些载荷在大小上是相等的,方向相反,因此它们可以相互抵消,我们留下一个偏心载荷P,它与偏心载荷e作用,如图所示。

让我们看看上面显示的第三和第四幅图,我们在这里看到的是什么?

我们已经展示了单载荷P的柱在第三个图中是轴向向下的,因此我们可以说,这里会产生直接压应力由于载荷P。

同样地,我们也在第四幅图中展示了柱上剩余的两个荷载,由于这些力将形成一个力矩或一对(P x e),因此,由于这个力矩,柱中将产生一个弯曲应力。

因此,如果一个柱将承受一个偏心荷载,那么在柱中就会产生直接应力和弯曲应力,我们将通过代数上增加直接应力和弯曲应力来确定在柱中产生的合成应力。

当柱承受偏心荷载时的合成应力

正如我们在这里假设的,我们有一个矩形截面的列因此我们在这里画出列的矩形截面。我们会看到,在矩形截面的哪个面上,总应力最大,同样的,在矩形截面的哪个面上,总应力最小。
同时,我们还将确保最大应力值和最小应力在柱中发展由于偏心加载。由上面的弯曲应力公式可知,弯曲应力σb依赖于y的值。

如果要确定合成应力的点位于荷载YY轴的同一侧,则我们认为y值为正,弯曲应力与直接应力类型相同。

如果合力应力确定点位于荷载为YY轴的另一侧,则y值为负,弯曲应力为直接应力。

让我们考虑荷载P作用于柱的情况,柱的偏心距为e,柱相对于YY轴,如图所示。这里有四层矩形截面分别是AB BC CD DA。

如果我们在这里分析各层的应力,我们可以很容易地写在这里,应力沿层BC是最大的,沿层AD是最小的。

我们将在这里考虑压应力为正,拉应力为负,我们将确保柱矩形截面上的最大应力和最小应力的值。

最大应力

正如我们看到的,最大应力将沿着层BC,我们可以在这里写下,最大应力的表达式,正如这里提到的。

由于要确定合成应力的点位于荷载YY轴的同一侧,因此弯曲应力与直接应力属于同一类型。在这种情况下,直接应力在本质上是压缩的,因此弯曲应力在本质上也是压缩的。

σ马克斯=直接应力+弯曲应力
σ马克斯db

最小压力

正如我们所看到的,最小应力是沿着AD层的,我们可以在这里写下,最小应力的表达式。

由于所确定的合应力点位于荷载轴YY的相反方向,因此弯曲应力与直接应力性质相反。在这种情况下,直接应力本质上是压缩的,因此弯曲应力本质上是拉伸的。

σ最小值=直接应力-弯曲应力
σ最小值σd- - - - - -σb

我们已经在上面确定了直接应力的表达式(σd)和弯曲应力(σb),因此,通过把这些值放到上面的方程中,我们将得到最大和最小应力的精确公式。

这里我们将分析上面的方程

If最小应力σ最小值= 0,表示AD层没有应力
If最小应力σ最小值=负,表示沿着AD层会有拉应力
If最小应力σ最小值=正,表示沿着AD层将有压应力

请在本文末尾的评论框中给出你的反馈和建议。

我们将在下一篇文章中讨论另一个话题即。 当柱承受偏心荷载时的合成应力,且荷载对两个轴均为偏心即XX轴和YY轴。

参考:

材料强度,r.k. Bansal著
图片由:谷歌

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