汽车机械基础-- 构件承载能力分析 第三章.

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1 汽车机械基础-- 构件承载能力分析 第三章

2 第三章 构件承载能力分析 第六节 组合变形 汽车机械基础第三章

3 第六节 组合变形的强度计算 本节内容: 组合变形的概念 拉伸与弯曲的组合 扭转与弯曲的组合 疲劳破坏简介 汽车机械基础第三章

4 一.组合变形的概念 1.组合变形: 在外力的作用下，构件若同时产生两种或两种以上基本变形的情况
在小变形和线弹性的前提下，可以采用叠加原理研究组合变形问题 所谓叠加原理是指若干个力作用下总的变形等于各个力单独作用下变形的总和（叠加） 汽车机械基础第三章

5 组合变形 组合变形 在复杂外载作用下，构件的变形会包含几种简单变形 M P R z x y P P 汽车机械基础第三章

6 组合变形 汽车机械基础第三章

7 叠加原理应用的基本步骤： 2、组合变形的研究方法 —— 叠加原理
① 外力分析：将载荷进行分解，得到与原载荷等效的几组载荷，使构件在每一组载荷的作用下，只产生一种基本变形. ② 内力分析：分析每种载荷的内力，确定危险截面. ③ 应力分析：分别计算构件在每种基本变形情况下的危险截面内的应力,将各基本变形情况下的应力叠加，确定最危险点. 强度计算:选择强度理论，对危险点进行强度校核. 汽车机械基础第三章

8 二.弯曲与拉伸(压缩)的组合 杆件在外力作用下同时产生弯曲和拉伸（压缩）变形称为弯曲与拉伸（压缩）的组合 汽车机械基础第三章

9 偏心拉伸:弯曲与拉伸的组合变形 立柱受力 链环受力 汽车机械基础第三章

10 拉伸与弯曲组合的应力分析 在Py作用下： 在Px作用下： 汽车机械基础第三章

11 根据叠加原理，可得 x 横截面上的总应力为 危险截面处的弯矩 强度条件为 抗弯截面模量 汽车机械基础第三章

12 例: 悬臂吊车,横梁由 25 a 号工字钢制成，l=4m，电葫芦重Q1=4kN，起重量Q2=20kN, =30º , []=100MPa，试校核强度。
（1）外力计算 取横梁AB为研究对象，受力如图b所示。 梁 上载荷为 P =Q1+Q2 = 24kN，斜杆的拉力S 可分解为XB和YB 横梁在横向力P和YA、YB作用下产生弯曲；同时在XA和XB作用下产生轴向压缩。这是一个弯曲与压缩组合的构件。 当载荷移动到梁的中点时，可近似地认为梁处于危险状态。 汽车机械基础第三章

13 （2）内力和应力计算 由横梁的弯矩图可知在梁中点截面上的弯矩最大 汽车机械基础第三章

14 从型钢表上查 25a 号工字钢 横梁所受的轴向压力为 则危险截面上的压应力为 汽车机械基础第三章

15 梁中点横截面上，下边缘处总正应力分别为 （3）强度校核 此悬臂吊车的横梁是安全的 汽车机械基础第三章

16 三、 弯曲与扭转的组合变形 圆轴的弯扭组合变形强度计算方法步骤如下： 1）外力分析:外力向形心简化并分解. 汽车机械基础第三章
2）内力分析,并作出相应的扭矩图和弯矩图，并据此确定杆件危险截面 3）应力分析：建立强度条件。 汽车机械基础第三章

17 例3-35 如图3-102所示为汽车上某传动轴，已知其传递功率为P=7kW，转速为n=200r/min，齿轮Ｃ上作用力F=2
例3-35 如图3-102所示为汽车上某传动轴，已知其传递功率为P=7kW，转速为n=200r/min，齿轮Ｃ上作用力F=2.375kN与切线成20°（啮合角），带轮D上紧、松边拉力FT1=2FT2，皮带轮直径Ｄ=500ｍｍ，轴材料的许用应力[σ]=80ＭPa，试按第三强度理论设计轴径（轴和轮重不计）。 解 ① 分析计算轴上所受外力，并将外力向轴心简化， 汽车机械基础第三章

18 ③ 设计轴径。根据第三强度理论的强度条件，得
② 分析轴上危险截面内力。 Mn= T =334N•m。 弯矩最大值为Mmax=MB=804 N•m ③ 设计轴径。根据第三强度理论的强度条件，得 σr3=　　　　　　　≤[σ] 计算轴径，可取d=48ｍｍ。 汽车机械基础第三章

19 弯曲与扭转的组合变形计算 80º P2 z y x P1 150 200 100 A B C D 汽车机械基础第三章

20 组合变形 第三章 80º P2 z y x P1 150 200 100 A B C D 建立图示杆件的强度条件 解：①外力向形心
简化并分解 150 200 100 A B C D P1 Mx z x y P2y P2z 弯扭组合变形 第三章

21 组合变形 My (Nm) x (Nm) Mz x Mn (Nm) ③叠加弯矩，并画图 x Mmax (Nm) M ④确定危险面 x
②每个外力分量对应 的内力方程和内力图 Mz (Nm) x Mn (Nm) x ③叠加弯矩，并画图 M (Nm) Mmax x ④确定危险面 汽车机械基础第三章

22 组合变形 由第三强度理论 ⑤建立强度条件 = 汽车机械基础第三章

23 四．疲劳破坏简介 １．疲劳失效概述 规则的交变应力 不规则的交变应力 汽车机械基础第三章

24 应力循环： 静应力 r=1 应力比： 平均应力： 对称循环 r=-1 应力幅值： 脉冲循环 r=0 一点应力随时间变化曲线
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25 ２．疲劳失效的特征 破坏断口 名义应力低于静荷载强度 构件破坏有一过程 汽车机械基础第三章

26 微裂纹 断口 汽车机械基础第三章

27 疲劳极限与应力-寿命曲线 实验装置 汽车机械基础第三章

28 S-N曲线 一般的应力——寿命曲线 汽车机械基础第三章

29 对称循环下两种类型S-N曲线 平均应力对S-N曲线的影响 汽车机械基础第三章

30 ３．影响疲劳寿命的因数 １） 应力集中的影响——有效应力集中因数 理论应力集中因数 Sn 名义应力 汽车机械基础第三章

31 有孔的情形 汽车机械基础第三章

32 扭转切应力 汽车机械基础第三章

33 考虑材料应力集中敏感性 有效应力集中因数 q: 缺口敏感系数 汽车机械基础第三章

34 2）零件尺寸的影响——尺寸因数 光滑零件的疲劳极限 试样的疲劳极限 汽车机械基础第三章

35 3） 表面加工质量的影响——表面质量因数 磨削加工（试样） 其他加工 汽车机械基础第三章

36 有限寿命设计与无限寿命设计 基本概念 汽车机械基础第三章

37 无限寿命设计方法概述 工作安全系数》规定安全系数 等幅对称循环下的工作安全因数 汽车机械基础第三章

38 等幅交变应力作用下的疲劳寿命估算 汽车机械基础第三章

39 课后小结 重点内容: 1.组合变形概念,叠加法. 2.弯曲与拉(压)组合变形. 3.弯曲与扭转组合变形. 汽车机械基础第三章

40 预祝大家学习顺利！轻松愉快！ 第三章