工程力学弯曲变形教学课件

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？1定义在梁或微简支构件由于外部载荷作用而产生的纵向变形。2性质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。3表现表现为截面变形，发生在构件横截面上。弯曲变形的类别及特点单向弯曲构件在一定方向上的弯曲，受力方向为垂直于弯曲面的方向。复合弯曲构件在多个方向上的弯曲，如螺旋弹簧。特点弯曲构件应力状态复杂，难以直观描述。弯曲变形的应用领域建筑结构如板材、梁、柱等结构的设计。车辆工程比如汽车、火车的车体、悬挂、轮轴等的设计。管道工程例如油气管道的输送、变形与控制。机械制造如转子、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包括弯曲试验、力学参数测量等实验手段。数值计算如有限元分析、数值模拟等方法，能够准确计算构件内部应力分布。理论计算如欧拉梁理论、切比雪夫理论等。纯弯曲与复合弯曲的区别1定义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。2应用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1最大应力准则理想的弯曲构件上，弯曲应力分布处，最大应力是许容应力的一定倍数。2最大应变准则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。3能量方法包括弯曲形态能、应变能等计算方法。弯曲应力和应变分析弯曲应力计算弯曲构件的截面应力计算，以钢材为例。应变计算弯曲应变计算，包括轴线偏差、截面变形等。应力分析弯曲应力分布的研究与分析，包括转矩图、荷载图等方法。工程中常用的弯曲构件管道如输气、输水、输油等工程管道。梁柱如桥梁、楼宇等结构中的构件设计及计算。铁路线路如铁路线路的钢轨、弯道或直道的设计及加工工艺。汽车底盘如悬挂、车轮轴、车副等部件的设计制造。采用FEA方法分析弯曲变形1步骤一：模型建立通过有限元软件建立几何模型，并划分元网。2步骤二：材料特性输入材料的力学参数，指定部件产生变形的载荷条件。3步骤三：求解器设置选择适合的求解器，输入元的特性和边界条件，进行求解。4步骤四：结果分析分析计算结果，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1弹性模量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。2影响材料弹性模量越大，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弯曲特性良好，重量轻，易加工，耐腐蚀性能好。木材弯曲特性较好，在建筑结构、家具等领域有广泛应用。钢材弯曲特性相对较强，适用于制造各种构件。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。1变形方程ΔP’=ΔP(1-k²)/(1+k²)2关键要素弹性模量、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。1特点对于某类对称平板，可以准确描述其各种变形形态。2应用广泛应用于航空、航天、汽车、机床、化工等工业领域中的板材结构设计。常见的边界条件有哪些？1铰支铰链约束，即构件某一点受到约束，但不稳定。2固支固定约束，指构件在该点的位移和转角都为零。3自由端约束最少，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形状设计、材料选择、截面设计、应力和变形分析。优化方法如遗传算法、模拟退火等，能够寻找构件设计中的最佳组合，使其满足各种强度和重量的要求。效果优化设计可使构件的质量和强度得到提升，减少使用寿命中的变形和断裂发生。弯曲变形的损伤和疲劳研究1断裂分析避免设计和使用过程中的失误，保障结构安全运行。2金属疲劳长期受到循环载荷作用而引起开裂损伤、疲劳断裂等情况。3稳定性和失稳性构件的失稳不仅会影响使用效果，还会使结构失去功能。不同载荷情况下的弯曲变形分析比较弯曲极限载荷最大的弯曲载荷，超过该载荷会引起严重的形变和开裂。塑性弯曲的载荷特点载荷大，变形过程中出现塑性区，难以进行精细的弯曲变形分析。各材质的弯曲变形对比不同材料的弯曲变形行为差异显著，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1设计要求轨道线形和理论分析准确，轨道表面平整，满足高速列车的舒适性要求。2轨道变形及寿命铁路轨道在使用过程中会发生弯曲变形和垂向变形，会影响轨道寿命和车辆行驶安全。3分析方法载荷计算、应力分析、变形分析、疲劳寿命分析、几何形状优化等方法。弯曲变形未来发展趋势1数值计