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工程力学弯曲变形教学课件PPTPPT学习课件什么是工程力学弯曲变形?定义1在梁或微简支构件由于外部载荷作用而产生的纵向变形性质2分为弹性弯曲和塑性弯曲,其变形过程有相似性但机理有明显差异表现3表现为截面变形,发生在构件横截面上弯曲变形的类别及特点单向弯曲复合弯曲特点构件在一定方向上的弯曲,受力构件在多个方向上的弯曲,如螺弯曲构件应力状态复杂,难以直方向为垂直于弯曲面的方向旋弹簧观描述弯曲变形的应用领域建筑结构车辆工程如板材、梁、柱等结构的设计比如汽车、火车的车体、悬挂、轮轴等的设计管道工程机械制造例如油气管道的输送、变形与控制如转子、齿轮的制造及加工工艺的设计工程力学弯曲变形的研究方法综合实验数值计算理论计算包括弯曲试验、力学参数测量等如有限元分析、数值模拟等方法,如欧拉梁理论、切比雪夫理论等实验手段能够准确计算构件内部应力分布纯弯曲与复合弯曲的区别定义1纯弯曲形式上只有一个自由度,而弯矩和曲率是弯曲模态的判别量;复合弯曲有多个自由度,通过同时存在不同模态确定弯曲形态应用2纯弯曲在平面构件及杆件的弯曲变形分析有广泛应用,而复合弯曲则常见于薄壳结构的变形分析工程力学对弯曲变形的判定准则最大应力准则1理想的弯曲构件上,弯曲应力分布处,最大应力是许容应力的一定倍数最大应变准则2理想的弯曲构件上弯曲应变分布处,最大应变是许容应变的一定倍数能量方法3包括弯曲形态能、应变能等计算方法弯曲应力和应变分析弯曲应力计算应变计算应力分析弯曲构件的截面应力计算,以钢弯曲应变计算,包括轴线偏差、弯曲应力分布的研究与分析,包材为例截面变形等括转矩图、荷载图等方法工程中常用的弯曲构件管道梁柱如输气、输水、输油等工程管道如桥梁、楼宇等结构中的构件设计及计算铁路线路汽车底盘如铁路线路的钢轨、弯道或直道的设计及加工如悬挂、车轮轴、车副等部件的设计制造工艺采用方法分析弯曲变形FEA步骤一模型建立1通过有限元软件建立几何模型,并划分元网步骤二材料特性2输入材料的力学参数,指定部件产生变形的载荷条件步骤三求解器设置3选择适合的求解器,输入元的特性和边步骤四结果分析界条件,进行求解4分析计算结果,如应力值、变形量、位移、应变等常见的弯曲分析软件ANSYSANSYS是世界领先的工程模拟软件,覆盖多个领域AbaqusABAQUS是达索系统公司的商业有限元分析软件SolidWorksSolidWorks是一款三维设计软件,提供弯曲变形分析的功能材料弹性模量对弯曲变形的影响弹性模量1断材点与杨氏模量之比,是描述了材料直到即将发生塑性变形之前的强度影响2材料弹性模量越大,弯曲变形的刚度越大;模量越小,刚度越小不同材料的弯曲特性铝合金木材钢材弯曲特性良好,重量轻,易加工,弯曲特性较好,在建筑结构、家弯曲特性相对较强,适用于制造耐腐蚀性能好具等领域有广泛应用各种构件基础理论欧拉梁理论杆件元素在若干个点上呈现出变形而单元之间变形的相互连续行,因此在每一个点上要满足一定的相容性条件变形方程关键要素12ΔP’=ΔP1-k²/1+k²弹性模量、面积惯性矩、杆长、载荷大小及工况切比雪夫理论的作用切比雪夫理论是将板体的弯曲变形分解成一系列断面的弯曲,再将它们的变形组合起来,形成了与实际的变形最相似的基本曲率互不相干的构型特点应用12对于某类对称平板,可以准确描述其各种变广泛应用于航空、航天、汽车、机床、化工形形态等工业领域中的板材结构设计常见的边界条件有哪些?铰支1铰链约束,即构件某一点受到约束,但不稳定固支2固定约束,指构件在该点的位移和转角都为零自由端3约束最少,常用于端部不受限制的构件,如梁的自由端弯曲构件的设计和优化设计步骤优化方法效果形状设计、材料选择、截面设计、如遗传算法、模拟退火等,能够优化设计可使构件的质量和强度应力和变形分析寻找构件设计中的最佳组合,使得到提升,减少使用寿命中的变其满足各种强度和重量的要求形和断裂发生弯曲变形的损伤和疲劳研究断裂分析金属疲劳稳定性和失稳性123避免设计和使用过程中的长期受到循环载荷作用而构件的失稳不仅会影响使失误,保障结构安全运行引起开裂损伤、疲劳断裂用效果,还会使结构失去等情况功能不同载荷情况下的弯曲变形分析比较弯曲极限载荷塑性弯曲的载荷特点各材质的弯曲变形对比最大的弯曲载荷,超过该载荷会载荷大,变形过程中出现塑性区,不同材料的弯曲变形行为差异显引起严重的形变和开裂难以进行精细的弯曲变形分析著,引起变形和破坏的机理也不同工程实例分析高速铁路钢轨的弯曲变形设计要求轨道变形及寿命分析方法123轨道线形和理论分析准确,铁路轨道在使用过程中会载荷计算、应力分析、变轨道表面平整,满足高速发生弯曲变形和垂向变形,形分析、疲劳寿命分析、列车的舒适性要求会影响轨道寿命和车辆行几何形状优化等方法驶安全弯曲变形未来发展趋势数值计算技术1工程力学弯曲变形分析中,数值计算技术越来越广泛地应用材料的开发和应用2新型材料的开发从根本上改变了构件变形特性和变形机理智能制造3通过新型技术推动弯曲变形领域的智能制造,提高弯曲构件设计的准确度和生产效率。