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1、,第7章 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,工程力学（静力学与材料力学）,第二篇 材料力学,返回总目录, 工程中的弯曲构件, 剪力方程与弯矩方程, 弯曲时截面的剪力和弯矩, 剪力图与弯矩图, 结论与讨论,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,返回总目录, 工程中的弯曲构件,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,返回,工程中可以看作梁的杆件是很多的:,桥式吊车的大梁可以简化为两端饺支的简支梁。在起吊重量(集中力FP)及大梁自身重量(均布载荷q)的作用下,大梁将发生弯曲。, 工程中的弯曲构件,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,工程中可以看作梁的杆件是很多的:,石油、化工设备中各种直立式反应塔
2、，底部与地面固定成一体，因此，可以简化为一端固定的悬臂梁。在风力载荷作用下，反应塔将发生弯曲变形。, 工程中的弯曲构件,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,弯曲时截面的剪力和弯矩,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,返回, 梁的内力及其与外力的相互关系,应用平衡的概念和截面法，不仅可以确定梁上任意横截面上的内力剪力和弯矩，而且可以确定剪力和弯矩沿梁长度方向的变化规律。,平衡包括：整体平衡和局部平衡。,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,刚体平衡概念的扩展和延伸：总体平衡，则其任何局部也必然是平衡的。,总体平衡与局部平衡的概念, 梁的内力及其与外力的相互关系,第7章A 弯曲强度(1)
3、剪力图与弯矩图,刚体平衡概念的扩展和延伸：总体平衡，则其任何局部也必然是平衡的。,总体平衡与局部平衡的概念, 梁的内力及其与外力的相互关系,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,应用截面法可以确定杆件任意横截面上的 内力分量, 用假想截面从所要求的截面处将杆截为两部分, 考察其中任意一部分的平衡, 由平衡方程求得横截面的内力分量, 梁的内力及其与外力的相互关系,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,所谓剪力和弯矩变化规律是指表示剪力和弯矩变化的函数或变化的图线。这表明，如果在两个外力作用点之间的梁上没有其他外力作用，则这一段梁所有横截面上的剪力和弯矩可以用同一个数学方程或者同一图线描述。,
4、 梁的内力及其与外力的相互关系,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,描述内力变化规律有两种方法： 1. 数学方程剪力方程与弯矩方程； 2. 图形剪力图与弯矩图。,两种描述方法都要： 1. 确定变化区间； 2. 遵循正负号规则。, 梁的内力及其与外力的相互关系,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,根据以上分析，在一段杆上，内力按某一种函数规律变化，这一段杆的两个端截面称为控制面（control cross-section）。据此，下列截面均可为控制面：, 集中力作用点的两侧截面； 集中力偶作用点的两侧截面； 均布载荷（集度相同）起点和终点处的截面。,变化区间控制面, 梁的内力及其与外力的
5、相互关系,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,外力规律发生变化截面集中力、集中力偶作用点、分布荷载的起点和终点处的横截面。,变化区间控制面, 梁的内力及其与外力的相互关系,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,剪力与弯矩的正负号规则,弯矩M的确定：使梁产生上凹、下凸变形的弯矩为正；反之为负。, 梁的内力及其与外力的相互关系,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图, 梁的内力及其与外力的相互关系,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,剪力FQ的确定：使截开部分杆件产生顺时针方向转动者为正；逆时针方向转动者为负。, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,返回, 剪力方
6、程与弯矩方程, 指定横截面上弯矩和剪力的确定, 剪力方程和弯矩方程的建立,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图, 指定横截面上弯矩和剪力的确定, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,应用截面法确定某一指定横截面上的剪力和弯矩，首先，需要用假想横截面从指定横截面处将梁截为两部分。然后，考察其中任意一部分的受力，由平衡条件，即可得到该截面上的剪力和弯矩。, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,例 题 1,一端固定另一端自由的梁，称为悬臂梁(cantilever beam)。梁承受集中力F
7、P及集中力偶MO的作用。,试确定:截面C及截面D上的剪力和弯矩。C、D截面与加力点无限接近。, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解：1. 应用静力学平衡方程确定固定端的约束力。,2. 应用截面法确定C截面上的内力分量,用假想截面将梁C截面处截开，以左边部分为平衡对象。,因为外力与梁轴线都在同一平面内，而且没有沿杆件轴线方向的外力作用，所以横截面上没有轴力和扭矩，只有剪力和弯矩两种内力分量。, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解： 2. 应用截面法确定C截面上的内力分量,假设截开横截面上的剪力和弯矩均为正方向。根据截开的局部平衡建立平衡方程
8、：,所得结果均为正值，这表明所假设的C截面上的剪力和弯矩的正方向是正确的。, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解： 3. 应用截面法确定D截面上的内力分量,用假想截面将梁D截面处截开，以左边部分为平衡对象。, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解： 3. 应用截面法确定D截面上的内力分量,假设截开横截面上的剪力和弯矩均为正方向。根据截开的局部平衡建立平衡方程：,因为D截面无限接近B截面，所以式中, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解： 4. 讨论,本例中所选择的研究对象都是C、 D截面以左部分梁，因而需要首先确定
9、左端的约束力。如果以C、 D截面以右部分梁作为平衡对象，则无需确定约束力，计算过程会更简单。,例 题 1, 剪力方程和弯矩方程的建立, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,为了建立剪力方程和弯矩方程，必须首先建立Oxy坐标系，其中O为坐标原点，x坐标轴与梁的轴线一致，坐标原点O一般取在梁的左端，x坐标轴的正方向自左至右，y坐标轴铅垂向上。,建立剪力方程和弯矩方程时，需要根据梁上的外力(包括载荷和约束力)作用状况，确定控制面，从而确定要不要分段，以及分几段建立剪力方程和弯矩方程。,确定了分段之后，首先，在每一段中任意取一横截面，假设这一横截面的坐标为x；然后从这一横截面处
10、将梁截开，并假设所截开的横截面上的剪力FQ(x)和弯矩M(x)都是正方向；最后分别应用力的平衡方程和力矩的平衡方程，即可得到剪力FQ(x)和弯矩M(x)的表达式，这就是所要求的剪力方程FQ(x)和弯矩方程M(x)。, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,建立剪力方程和弯矩方程的方法与过程，实际上与前面所介绍的确定指定横截面上的剪力和弯矩的方法和过程是相似的，所不同的，现在的指定横截面是坐标为x的横截面。,需要特别注意的是，在剪力方程和弯矩方程中，x是变量，而FQ(x)和M(x)则是x的函数。, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图, 剪力方程与弯矩
11、方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,例 题 2,悬臂梁在B、C两处分别承受集中力FP和集中力偶M2FPl 的作用。梁的全长为2l。,试写出：梁的剪力方程和弯矩方程。, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解：1确定控制面和分段,本例将通过考察截开截面的右边部分平衡建立剪力方程和弯矩方程，因此可以不必确定左端的约束力。,2建立Oxy坐标系 以梁的左端A为坐标原点，建立Oxy坐标系。,由于梁在固定端A处作用有约束力、自由端B处作用有集中力、中点C处作用有集中力偶，所以，截面A、B、C均为控制面。因此，需要分为AC和CB两段建立剪力和弯矩方程。, 剪力方程与弯矩方程
12、,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解：3建立剪力方程和弯矩方程,在AC和CB两段分别以坐标为x1和x2的横截面将梁截开，并在截开的横截面上，假设剪力FQ(x1)、FQ(x2)和弯矩M(x1)、M(x2)都是正方向，然后考察截开的右边部分梁的平衡，由平衡方程即可确定所需要的剪力方程和弯矩方程。, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解：3建立剪力方程和弯矩方程,对于AC段梁的剪力和弯矩方程，在x1处截开后，考察右边部分的平衡。,根据平衡方程, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解：3建立剪力方程和弯矩方程,得到AC段的剪力方程与弯矩方程：
13、, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解：3建立剪力方程和弯矩方程,得到CB段的剪力方程与弯矩方程：,上述结果表明，AC段和CB段的剪力方程是相同的；弯矩方程不同，但都是x的线性函数。,对于CB段梁的剪力和弯矩方程，在x2处截开后，考察右边部分的平衡。,根据平衡方程,一端为固定铰链支座、另一端为辊轴支座的梁，称为简支梁(simple supported beam)。梁上承受集度为q的均布载荷作用，梁的长度为2l。,试写出：该梁的剪力方程和弯矩方程。,例题 3, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解：1确定约束力,因为只有铅垂方向的外力，所以支
14、座A的水平约束力等于零。又因为梁的结构及受力都是对称的，故支座A与支座B处铅垂方向的约束力相同。,于是，根据平衡条件不难求得：, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解：2确定控制面和分段,因为梁上只作用有连续分布载荷(载荷集度没有突变)，没有集中力和集中力偶的作用，所以，从A到B梁的横截面上的剪力和弯矩可以分别用一个方程描述，因而无需分段建立剪力方程和弯矩方程。,3建立Oxy坐标系 以梁的左端A为坐标原点，建立Oxy坐标系，, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解：4确定剪力方程和弯矩方程,由左段梁的平衡条件,以A、B之间坐标为x的任意截面为
15、假想截面，将梁截开，取左段为研究对象，在截开的截面上标出剪力FQ(x)和弯矩M(x)的正方向。, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,解：4确定剪力方程和弯矩方程,由左段梁的平衡条件,得到梁的剪力方程和弯矩方 程分别为,这一结果表明，梁上的剪力方程是x的线性函数；弯矩方程是x的二次函数。, 剪力方程与弯矩方程,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图, 剪力图与弯矩图,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,返回,梁的横截面上剪力FQ和弯矩M两种内力分量。表示剪力和弯矩沿梁轴线方向变化的图形，分别称为剪力图（diagram of shearing forces）和弯矩图（diagram of bending moment）。, 剪力图与弯矩图,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,绘制剪力图和弯矩图有两种方法：一种方法是：根据剪力方程和弯矩方程，在FQ-x和M-x坐标系中首先标出剪力方程和弯矩方程定义域两个端点的剪力值和弯矩值，得到相应的点；然后按照剪力和弯矩方程的类型，绘制出相应的图线，便得到所需要的剪力图与弯矩图。, 载荷集度、剪力、弯矩之间的微分关系,第7章A 弯曲强度(1)剪力图与弯矩图,剪力图与弯矩图的绘制方法与轴力图和扭矩图大体相似，但略有差异。主要步骤如下：, 根据载荷及约束力的作用位置，确定控制面。, 应用截面法确定控制面
