材料力学第六章简单的超静定问题

第六章简单的超静定问题材料力学§6-1超静定问题约束反力可由静力平衡方程全部求得静定结构：约束反力不能全部由平衡方程求得超静定结构：结构的强度和刚度均得到提高超静定次数：约束反力多于独立平衡方程的数独立平衡方程数：平面任意力系：3个平衡方程平面共点力系：2个平衡方程平面平行力系：2个平衡方程共线力系：1个平衡方程C'变形图精确画法，图中弧线；求各杆的变形量△Li，如图；变形图近似画法，图中弧之切线。一、小变形放大图与位移的求法。6-2拉压超静定问题ABCL1L2PC"

AB长2m,面积为200mm2。AC面积为250mm2。E=200GPa。F=10kN。试求节点A的位移。解：1、计算轴力。（设斜杆为1杆，水平杆为2杆）取节点A为研究对象2、根据胡克定律计算杆的变形。AF300斜杆伸长水平杆缩短例13、节点A的位移（以切代弧）AF300图所示结构，刚性横梁AB由斜杆CD吊在水平位置上，斜杆CD的抗拉刚度为EA，B点处受荷载F作用，试求B点的位移δB。例2ADFBαaL/2L/2B11、列出独立的平衡方程超静定结构的求解方法：2、变形几何关系3、物理关系4、补充方程5、求解方程组得二、拉压超静定问题解法平衡方程；

几何方程——变形协调方程；

物理方程——弹性定律；

补充方程：由几何方程和物理方程得；

解由平衡方程和补充方程组成的方程组。拉压超静定问题的方法步骤：例题3变形协调关系:物理关系:平衡方程:解：（1）补充方程:（2）木制短柱的四角用四个40mm×40mm×4mm的等边角钢加固，已知角钢的许用应力[σst]=160MPa，Est=200GPa；木材的许用应力[σW]=12MPa，EW=10GPa，求许可载荷F。250250代入数据，得根据角钢许用应力，确定F根据木柱许用应力，确定F许可载荷250250查表知40mm×40mm×4mm等边角钢故例4

AB为刚性梁，1、2两杆的横截面面积相等。求1、2两杆的内力。解由平衡方程得3P-2N2cosa-N1＝0由变形协调条件得=2Dl1Dl2cosa由物理关系Dl1=N1lEADl2=N2lEAcosa3P-2N2cosa-N1＝0=2Dl1Dl2cosaN1=3P4cos3a+1所以N2lEAcos2a

=2N1lEA最后解得N2=6Pcos2a4cos3a+1列静力平衡方程变形协调方程

图示刚性梁AB受均布载荷作用，梁在A端铰支，在B点和C点由两根钢杆BD和CE支承。已知钢杆的横截面面积ADB=200mm2，ACE=400mm2，其许用应力[σ]=170MPa，试校核钢杆的强度。2m1m1.8LL2m1m

例53杆材料相同，AB杆面积为200mm2，AC杆面积为300mm2，AD杆面积为400mm2，若F=30kN，试计算各杆的应力。列出平衡方程：即：

列出变形几何关系

，则AB、AD杆长为解：设AC杆杆长为FF例题6

即：

列出变形几何关系

FF将A点的位移分量向各杆投影.得变形关系为

代入物理关系整理得

FF联立①②③，解得：（压）（拉）（拉）二、装配应力由于加工时的尺寸误差，造成装配后的结构存在应力，称装配应力。装配应力仅存在于静不定结构中。ABC12A1例7吊桥链条的一节由三根长为l的钢杆组成。截面积相同，材料相同，中间一节短于名义长度。加工误差为d=l/2000，求装配应力。由平衡方程得2N1=N2由位移协调方程得Dl1+Dl2＝dDl1=N1l1E1A1Dl2=N2l2E2A2由N1=EA6000N2=EA3000N1+N2=EA2000得最后得s1=33.3MPas2=66.7MPa三、温度应力工作在温度变化范围较大的构件，由于温度变化而引起杆件内的应力，称温度应力。温度应力也仅存在于静不定结构中。发电机输热管道化工管道桥梁裸露的输气管及水管ABC12由平衡方程得RA＝RB由温度引起的伸长为DlT＝aDT·l由于基座的约束，AB杆其实并无伸长DlT＝Dls温度应力的解法Dls

＝RBlEA可解得aDT·l

=RBlEARB=EAaDTs=EaDT碳钢的温度应力碳钢的a=12.5x10-6/C，E=200GPa。sT=EaDT=12.5x10-6x200x103DT=2.5DT(MPa)当DT＝80C时，sT高达200MPa，而低碳钢的ss仅235MPa，许用应力[s]通常仅120MPa。所以应力是非常大的。伸缩节波纹管伸缩节伸缩缝火车钢轨伸缩缝梳状伸缩缝叠合伸缩缝

拉压aaaaN1N2例8

如图，阶梯钢杆的上下两端在T1=5℃

时被固定,杆的上下两段的面积分别

=cm2，

=cm2，当温度升至T2

=25℃时,求各杆的温度应力。

(线膨胀系数=12.5×；

弹性模量E=200GPa)、几何方程：解：、平衡方程：、物理方程解平衡方程和补充方程，得:、补充方程、温度应力拉压

aaN1N2扭转6-3、扭转超静定问题解扭转超静定问题的方法步骤：平衡方程；几何方程——变形协调方程；补充方程：由几何方程和物理方程得到；物理方程；解由平衡方程和补充方程组成的方程组。①②③④⑤例题9一组合杆由实心杆1和空心管2结合在一起所组成，杆和管的材料相同。剪切模量为G,试求组合杆承受外力偶矩M以后，杆和管内的最大切应力。12T12解：（1）静力学关系（2）变形协调条件扭转的静不定问题材料力学（3）物理关系：（4）代入变形协调方程，得补充方程（5）补充方程与静力平衡方程联立，解得材料力学（6）最大切应力杆1：管2：材料力学扭转[例10]长为L=2m的圆杆受均布力偶m=20Nm/m的作用，如图，若杆的内外径之比为

=0.8，外径D=0.0226m，G=80GPa，试求固定端的反力偶。解：

①杆的受力图如图示，

这是一次超静定问题。

平衡方程为：扭转②几何方程——变形协调方程③综合物理方程与几何方程，得补充方程：④由平衡方程和补充方程得：§6-4简单超静定梁处理方法：平衡方程、变形协调方程、物理方程，求全部未知力。解：建立基本静定系确定超静定次数，用反力代替多余约束所得到的结构——基本静定系。=弯曲变形qLABLqMABAqLRBABx几何方程——变形协调方程+qLRBAB=RBABqAB物理方程——变形与力的关系补充方程求解其它问题（反力、应力、变形等）qLAB[例11]画梁的剪力图和弯矩图=弯曲变形qLABLqMABAx几何方程——变形协调方程另解即得

图示梁,A处为固定铰链支座,B,C二处为辊轴支座.梁作用有均布荷载.已知:均布荷载集度q=15N/m,L=4m,梁圆截面直径d=100mm,[σ]=100MPa.试校核该梁的强度.

例题12列静力平衡方程