材料力学内力图绘制详解

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1、、由外力直接绘制轴力图外力轴力图无外力不变集中力Fp突变。方向:拉正压负;大小:集中力大小Fp均布载荷qWMl在分布力的起始和终止截面,轴力没有突变。以斜直线渐变。方向:拉正压负;大小:qL.图(a)所示为一绳子受力图,右端固定,试绘制该绳的轴力图。(a)(b)图解根据外力直接绘制轴力图(见图(b),绘图分析过程及步骤如下。从左向右绘制,始终取右边部分为研究体。在截面A有集中力Fi,使研究体拉伸变形,故轴力在此截面向正方向发生突变,轴力突变大小为集中力Fi大小,此时Fn=(0+500)N=500N;在A唳没有外力,故轴力不变;在截面集中力F2,使研究体受拉伸变形,故轴力在此截面向正方向发生突变

2、,轴力突变大小为集中力F2大小,此时Fn=(500+420)N=920N;在BC没有外力,故轴力不变;在截面CW集中力F3,使研究体受压缩变形,故轴力在此截面向负方向发生突变,轴力突变大小为集中力F3大小,此时Fn=(920-280)N=640N;在CD没有外力,故轴力不变;在截面D有集中力F4,使研究体受压缩变形,故轴力在此截面向负方向发生突变,轴力突变大小为集中力F4大小,此时Fn=(640-800)N=-160N;在DE段没有外力,故轴力不变;在截面EW集中力,由于轴力曲线与轴线围成封闭图形,故轴力突变为0。例有一根阶梯轴受力如图(a)所示,试绘制阶梯轴的轴力图。解从右向左绘制,始终取左

3、变部分为研究体。根据外力直接绘制轴力图(见图(b),绘图分析过程及步骤如下:在截面A有集中力Fi,使研究体压缩变形,故轴力在此截面向负方向发生突变,轴力突变大小为集中力Fi大小,此时Fn=(0-10)kN=-10kN;在AB段有均匀分布载荷,使研究体受拉伸变形,故轴力以斜直线规律向正方向渐变,轴力渐变大小为均匀分布载荷大小,此时Fn=(-10+10X2)kN=10kN;在截面B没有力,故此截面轴力没有变化;在BCa没有外力,故轴力不变;在截面C有集中力F2,使研究体受拉伸变形,故轴力在此截面向正方向发生突变,轴力突变大小为集中力F2大小,此时Fn=(10+10)kN=20kN;在CD没有外力,

4、故轴力不变;在截面D有集中力,由于轴力曲线与轴线围成封闭图形,故轴力突变为0.二、由外力直接绘制扭矩图夕卜力扭矩图无外力不变集中力Fp_L突变。方向:右手螺旋法则,四指指向外力偶方向,拇指离开为正;大小:集中力偶大小Fp均布力偶Mqf(NN在分布力的起始和终止截面,扭矩没有突变。以斜直线渐变。方向:右手螺旋法则,四指指向外力偶方向,拇指离开为正;大小:Mq例如图(a)所示圆轴,左端固定、右端自由,受到三个集中力偶作用,试绘制其内力图。图解从右向左绘制,始终取左部分为研究体。根据外力偶直接绘制扭矩图,绘制分析过程及步骤如下:在截面A有集中力偶Mi,变形方向由右手螺旋法则判断,拇指背离截面,故扭矩

5、在此截面向正方向发生突变,扭矩突变大小为集中力偶Mi大小,此时Mx(01)1kN?m;在A股无外载荷,故扭矢I不变;在截面B有集中力偶M2,变形方向由右手螺旋法则判断,拇指指向截面,故扭矩在此截面向负方向发生突变,扭矩突变大小为集中力偶M2大小此时Mx=1-2=-1kN?m;在BC段无外载荷,故扭矢I不变;在截面C有集中力偶M3,变形方向由右手螺旋法则判断,拇指背离截面,故扭矩在此截面向正方向发生突变,扭矩突变大小为集中力偶M3大小Mx(13)2kN?m;在C就有无外载荷,故扭矩不变;在截面D有集中b)所示。力,由于扭矩曲线与轴线围成封闭图形,故扭矩突变为零。扭矩图如图(三、由外力直接绘制剪力

6、图和弯矩图剪力、弯矩与分布载荷间的关系载荷Fe图M图无外力/、变Fq=0,M小变;FqwQM以斜直线变化,从起始点到终点,大小为FQ与X轴围成的面积,变化方向FQ为正,向正向渐变,否则向负向渐变集中11力r突变,方向与Fp相同,大小为Fp无变化集中大J偶M/、变突变,突变大小为M,突父方问力偶(顺时针方向时)为正向;力偶(逆时针方向时)为负向4均布载荷q以斜直线渐变,方向与q一致,大小为ql以抛物线渐变,Fq=0处,为极值,按面积计算M值变化大小,VU1工例如图(a)所示,简支梁AB,在C点承受集中载荷F=6kN作用,跨度l=3m,a2m,试绘制梁的内力图。(1)Ma(F)0FblFa0解得F

7、b4kNFy0FaFbF0解得Fa2kN(2)由外力直接绘制内力图。从A截面开始,有一向上的集中力Fa,故在此截面剪力向上突变,突变大小等于Fa,弯矩没有变化;ACa没有外力,故剪力在该段没有变化,由于剪力大于零,故在该段弯矩以斜直线规律向正向变化,从截面A到截面C弯矩变化大小为AC段剪力与x轴围成的面积即Fa?a4kN?m;在截面CW一向下的集中载荷F,故在此截面剪力向下突变F,弯矩没有变化;在C眼没有外力,故剪力在该段没有变化,由剪力小于零,则该段弯矩以斜直线规律向负向变化,从截面C到截面B弯矩变化大小为CB段剪力与x轴围成的面积即例如图(a)所示外伸梁,试计算其内力并画出内力图。FB?(

8、la)4kN?m变为0。(a),由平衡条件得Mb(F)0FBCFAAB0AB2q工Fy0FAFBFqAB015kN,Fb35kN(2)由外力直接绘制内力图。解(1)先求支座反力。取整段梁研究,其受力如图从截面A开始,有一向上的集中力q=2CkN/niFa,故在此截面剪力向上突变,突变大小等于Fa,弯矩没有变化;人唳有向下的均布力系,故剪力在该段以斜直线规律向下渐渐变化,从截面截面B剪力值变化qAB,弯矩以开口向上的抛物线规律渐渐变化,在剪力为零的截面D弯矩为极值,从截面AiU截面D变化值为小三角形面积15 2上15 2525.625 kN ?m,从截面D到截面 磔化大三角形面积2525 2 1

9、5 25215.625 kN?m ;在截面B有一向上的集中力Fb,故在该截面剪力向上突变,突变大小等于Fb的大小,弯矩没有变化;BC没有外力,故剪力在该段没有变化,由于剪力大于零,故该段弯矩以斜直线规律向正向变化,从截面C到截面B弯矩变化大小为BB剪力与x轴围成的面积。所绘内力图如图(b)、(c)所示。(3)检查图形是否封闭。例如图(a)所示外伸梁,集中力F=10kN,均布载荷集度q=10kN/m,试利用剪力、弯矩与载荷集度的微分关系绘制出梁的剪力图、弯矩图。解:(1)求A处约束力。取整体研究,受力如图(a),建立平衡方程。Ma(F)0FdADFACqBD2.50解得Fd17.5kNFy0FA

10、Fq1FD0解得FA2.5kN( 2)由外力直接绘制内力图。从截面A开始,有一向上的集中力Fa,故在此截面剪力向上突变,突变大小等于Fa,弯矩没有变化;ACa没有外力,故剪力在该段没有变化,由于剪力大于零,则该段弯矩以斜直线规律向正向变化,从截面C到截面B弯矩变化大小为AB剪力与x轴围成的面积;截面CW一向下的集中力F,故在此截面剪力向下突变,突变大小等于F的大小,弯矩没有变化;CD炎没有外力,故剪力在该段没有变化,由于剪力小于零,则该段弯矩以斜直线规律向负向变化,从截面CiJ截面D弯矩变化大小为CD剪力与x轴围成的面积;截面D有一向上的集中力Fd,故在此截面剪力向上突变Fd,弯矩没有变化;DB段有向下的均布力系,故剪力在该段以斜直线规律向下渐渐变化,从截面D到截面B剪力值变化qDB,弯矩以开口向上的抛物线规律渐渐变化,在剪力为零的截面D弯矩为极值,从截面D到截面B变化大小为小三角形面积。( 3)检查图形是否封闭。

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