工程力學彎曲變形教學課件PPTPPT學習課件什么是工程力學彎曲變形？1定義在梁或微簡支構件由于外部載荷作用而產生的縱向變形。2性質分為彈性彎曲和塑性彎曲，其變形過程有相似性但機理有明顯差異。3表現表現為截面變形，發(fā)生在構件橫截面上。彎曲變形的類別及特點單向彎曲構件在一定方向上的彎曲，受力方向為垂直于彎曲面的方向。復合彎曲構件在多個方向上的彎曲，如螺旋彈簧。特點彎曲構件應力狀態(tài)復雜，難以直觀描述。彎曲變形的應用領域建筑結構如板材、梁、柱等結構的設計。車輛工程比如汽車、火車的車體、懸掛、輪軸等的設計。管道工程例如油氣管道的輸送、變形與控制。機械制造如轉子、齒輪的制造及加工工藝的設計。工程力學彎曲變形的研究方法綜合實驗包括彎曲試驗、力學參數測量等實驗手段。數值計算如有限元分析、數值模擬等方法，能夠準確計算構件內部應力分布。理論計算如歐拉梁理論、切比雪夫理論等。純彎曲與復合彎曲的區(qū)別1定義純彎曲形式上只有一個自由度，而彎矩和曲率是彎曲模態(tài)的判別量；復合彎曲有多個自由度，通過同時存在不同模態(tài)確定彎曲形態(tài)。2應用純彎曲在平面構件及桿件的彎曲變形分析有廣泛應用，而復合彎曲則常見于薄殼結構的變形分析。工程力學對彎曲變形的判定準則1最大應力準則理想的彎曲構件上，彎曲應力分布處，最大應力是許容應力的一定倍數。2最大應變準則理想的彎曲構件上彎曲應變分布處，最大應變是許容應變的一定倍數。3能量方法包括彎曲形態(tài)能、應變能等計算方法。彎曲應力和應變分析彎曲應力計算彎曲構件的截面應力計算，以鋼材為例。應變計算彎曲應變計算，包括軸線偏差、截面變形等。應力分析彎曲應力分布的研究與分析，包括轉矩圖、荷載圖等方法。工程中常用的彎曲構件管道如輸氣、輸水、輸油等工程管道。梁柱如橋梁、樓宇等結構中的構件設計及計算。鐵路線路如鐵路線路的鋼軌、彎道或直道的設計及加工工藝。汽車底盤如懸掛、車輪軸、車副等部件的設計制造。采用FEA方法分析彎曲變形1步驟一：模型建立通過有限元軟件建立幾何模型，并劃分元網。2步驟二：材料特性輸入材料的力學參數，指定部件產生變形的載荷條件。3步驟三：求解器設置選擇適合的求解器，輸入元的特性和邊界條件，進行求解。4步驟四：結果分析分析計算結果，如應力值、變形量、位移、應變等。常見的彎曲分析軟件ANSYSANSYS是世界領先的工程模擬軟件，覆蓋多個領域。AbaqusABAQUS是達索系統(tǒng)公司的商業(yè)有限元分析軟件。SolidWorksSolidWorks是一款三維設計軟件，提供彎曲變形分析的功能。材料彈性模量對彎曲變形的影響1彈性模量斷材點與楊氏模量之比，是描述了材料直到即將發(fā)生塑性變形之前的強度。2影響材料彈性模量越大，彎曲變形的剛度越大；模量越小，剛度越小。不同材料的彎曲特性鋁合金彎曲特性良好，重量輕，易加工，耐腐蝕性能好。木材彎曲特性較好，在建筑結構、家具等領域有廣泛應用。鋼材彎曲特性相對較強，適用于制造各種構件?；A理論：歐拉梁理論桿件元素在若干個點上呈現出變形而單元之間變形的相互連續(xù)行，因此在每一個點上要滿足一定的相容性條件。1變形方程ΔP’=ΔP(1-k2)/(1+k2)2關鍵要素彈性模量、面積慣性矩、桿長、載荷大小及工況。切比雪夫理論的作用切比雪夫理論是將板體的彎曲變形分解成一系列斷面的彎曲，再將它們的變形組合起來，形成了與實際的變形最相似的基本曲率互不相干的構型。1特點對于某類對稱平板，可以準確描述其各種變形形態(tài)。2應用廣泛應用于航空、航天、汽車、機床、化工等工業(yè)領域中的板材結構設計。常見的邊界條件有哪些？1鉸支鉸鏈約束，即構件某一點受到約束，但不穩(wěn)定。2固支固定約束，指構件在該點的位移和轉角都為零。3自由端約束最少，常用于端部不受限制的構件，如梁的自由端。彎曲構件的設計和優(yōu)化設計步驟形狀設計、材料選擇、截面設計、應力和變形分析。優(yōu)化方法如遺傳算法、模擬退火等，能夠尋找構件設計中的最佳組合，使其滿足各種強度和重量的要求。效果優(yōu)化設計可使構件的質量和強度得到提升，減少使用壽命中的變形和斷裂發(fā)生。彎曲變形的損傷和疲勞研究1斷裂分析避免設計和使用過程中的失誤，保障結構安全運行。2金屬疲勞長期受到循環(huán)載荷作用而引起開裂損傷、疲勞斷裂等情況。3穩(wěn)定性和失穩(wěn)性構件的失穩(wěn)不僅會影響使用效果，還會使結構失去功能。不同載荷情況下的彎曲變形分析比較彎曲極限載荷最大的彎曲載荷，超過該載荷會引起嚴重的形變和開裂。塑性彎曲的載荷特點載荷大，變形過程中出現塑性區(qū)，難以進行精細的彎曲變形分析。各材質的彎曲變形對比不同材料的彎曲變形行為差異顯著，引起變形和破壞的機理也不同。工程實例分析：高速鐵路鋼軌的彎曲變形1設計要求軌道線形和理論分析準確，軌道表面平整，滿足高速列車的舒適性要求。2軌道變形及壽命鐵路軌道在使用過程中會發(fā)生彎曲變形和垂向變形，會影響軌道壽命和車輛行駛安全。3分析方法載荷計算、應力分析、變形分析、疲勞壽命分析、幾何形狀優(yōu)化等方法。彎曲變形未來發(fā)展趨勢1數值計