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03 第三章 剪切.pptx

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本课件讲解剪切与挤压:先分析螺栓、铆钉、键等连接件的受力变形特点与三种破坏形式,再给出剪切与挤压的实用计算假定与强度条件,随后通过木榫接头、平键和铆接头例题演示切应力与挤压应力的校核。

第三章剪切封面,标示本章主题与剪切实用计算的内容起点
剪切章节目录页,列出剪切的实用计算、挤压的实用计算与剪切习题课
切应力产生示意图页,展示横向力作用下相邻截面间的错动趋势
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第1页:剪切章节封面

材料力学 第三章 剪切

第2页:本章内容目录

第三章 剪切

  • §3-1 剪切的实用计算
  • §3-2 挤压的实用计算
  • 剪切习题课

第3页:切应力的产生

切应力的产生

第4页:连接件的概念与类型

§3-1 剪切的实用计算

一、连接件的受力特点和变形特点:连接件
在构件连接处起连接作用的部件称为连接件,例如螺栓、铆钉、键等。连接件虽小,起着传递载荷的作用。
  • 螺栓:可传递一般力,可拆卸;
  • 铆钉:可传递一般力,不可拆卸,如桥梁桁架结点连接;
  • 键:无间隙连接轴与齿轮,传递扭矩。

第5页:铆钉与键的连接特点

  • 铆钉特点:可传递一般力,不可拆卸,如桥梁桁架结点处用它连接,无间隙。
  • 键(轴—齿轮)特点:传递扭矩。

第6页:剪切的受力与变形特点

2、受力特点和变形特点(以铆钉为例):

① 受力特点
构件受到一对相距很近、等值反向的横向力作用。
② 变形特点
受到一对反向力作用的相邻截面间发生相对错动。

第7页:剪切面与剪力

③ 剪切面
发生相互错动或有错动趋势的平面,如 n–n。
④ 剪切面上的内力
内力为剪力 Fs,其作用线与剪切面平行(用截面法来求)。
  • 单剪切:构件上有一个剪切面;
  • 双剪切:构件上有两个剪切面。

第8页:连接处的三种破坏形式

3、连接处破坏三种形式:

  • ① 剪切破坏:沿铆钉的剪切面剪断,如沿 n–n 面剪断;
  • ② 挤压破坏:铆钉与钢板在相互接触面上因挤压、溃压而使连接松动,发生破坏;
  • ③ 拉伸破坏(被连接件):钢板在受铆钉孔削弱的截面处应力增大,易在连接处拉断。

第9页:剪切的实用计算方法

二、剪切的实用计算:受剪切件一般为短粗件,受力变形复杂,切应力分布规律难以确定,为简化计算,假设剪应力在截面上均匀分布。

许用切应力由剪切实验得到的极限应力除以安全系数确定:

  • 塑性材料:[τ] =(0.6 ~ 0.8)[σ]
  • 脆性材料:[τ] =(0.8 ~ 1.0)[σ]

第10页:剪切强度条件

  • 1、剪切面 A:错动面;剪力 Fs:剪切面上的内力;
  • 2、名义切应力:τ = Fs / A;
  • 3、剪切强度条件:τ ≤ [τ],即工作应力不得超过材料的许用应力。

用剪切强度条件也可解决三类强度问题(强度校核、截面设计、确定许可载荷)。

第11页:挤压的概念

§3-2 挤压的实用计算

1、挤压力 F
接触面上的压力合力。连接件除承剪外,接触面上还有相互压紧。挤压是构件局部面积的承压现象,挤压力过大时会产生显著的局部塑性变形,使连接松动。

假设:挤压应力在有效挤压面上均匀分布。

第12页:有效挤压面积与挤压强度条件

2、有效挤压面积(计算挤压面积)
接触面(实际挤压面)的正投影面面积。
3、挤压强度条件
σjy = F / Ajy ≤ [σjy],工作挤压应力不得超过材料的许用挤压应力。

第13页:剪切与挤压的工程应用

应用

第14页:例1 木榫接头

例1 木榫接头如图所示,a = b = 12 cm,h = 35 cm,c = 4.5 cm,P = 40 kN,试求接头的切应力和挤压应力。

  1. ① 受力分析如图;
  2. ② 切应力和挤压应力:剪切面和剪力为 Fs = P,挤压面和挤压力为 F = P。

几何尺寸:b、a、c、h。

第15页:例2 平键强度校核

例2 齿轮与轴由平键(b×h×L = 20×12×100)连接,传递的扭矩 m = 2 kN·m,轴的直径 d = 70 mm,键的许用切应力为 [τ] = 60 MPa,许用挤压应力为 [σjy] = 100 MPa,试校核键的强度。

解:① 键的受力分析如图。

第16页:例2 强度校核结论

② 切应力和挤压应力的强度校核:τ = Fs / (bL) ≤ [τ],σjy = F / (hL/2) ≤ [σjy]。

综上,键满足强度要求。

第17页:例3 平键长度设计

例3 齿轮与轴由平键(b = 16 mm,h = 10 mm)连接,传递的扭矩 m = 1600 N·m,轴的直径 d = 50 mm,键的许用切应力为 [τ] = 80 MPa,许用挤压应力为 [σbs] = 240 MPa,试设计键的长度。

解:① 键的受力分析如图。

第18页:例3 长度设计结果

② 切应力和挤压应力的强度条件:L ≥ Fs / (b[τ]),L ≥ F / (h/2·[σbs])。

③ 综上取两者中的较大值作为键的长度。

第19页:例4 铆接头强度校核

例4 一铆接头如图所示,受力 P = 110 kN,已知钢板厚度 t = 1 cm,宽度 b = 8.5 cm,许用应力为 [σ] = 160 MPa;铆钉的直径 d = 1.6 cm,许用切应力为 [τ] = 140 MPa,许用挤压应力为 [σbs] = 320 MPa,试校核铆接头的强度(假定每个铆钉受力相等)。

解:① 受力分析如图(含 1-1、2-2、3-3 截面,P/4 分配)。

第20页:例4 危险面与校核结论

② 切应力和挤压应力的强度条件;③ 钢板的 2—2 和 3—3 面为危险面。

综上,接头安全。

第21页:剪切与挤压实用计算小结

剪切习题课

  • 1、剪切的实用计算:τ = Fs / A ≤ [τ]
  • 2、挤压的实用计算:σjy = F / Ajy ≤ [σjy]

第22页:挤压面积的确定

挤压面积

第23页:本章结束

本章结束

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