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正应力分布规律及图示:梁弯曲的线性变化

【摘要】:通过进一步的分析可知,各层纵向纤维的线应变沿截面高度应为线性变化规律,从而由虎克定律可推出,梁弯曲时横截面上的正应力沿截面高度呈线性分布规律变化,如图7-2所示。图7-1梁的弯曲应力图7-2梁弯曲时,正应力分布规律

为了解正应力横截面上的分布情况,可先观察梁的变形,取一弹性较好的矩形截面梁,在其表面上画上一系列与轴线平行的纵向线及与轴线垂直的横向线,构成许多均等的小矩形,然后在梁的两端施加一对力偶矩为M的外力偶,使梁发生纯弯曲变形,如图7-1所示,这时可观察到下列现象:

(1)各横向线仍为直线,只倾斜了一个角度。

(2)各纵向线弯成曲线,上部纵向线缩短,下部纵向线伸长。

根据上面所观察到的现象,推测梁的内部变形,可作出如下的假设和推断:

(1)平面假设各横向线代表横截面,变形前后都是直线,表明横截面变形后仍保持平面,且仍垂直于弯曲后的梁轴线。

(2)单向受力假设将梁看成由无数纤维组成,各纤维只受到轴向拉伸或压缩,不存在相互挤压。

从上部各层纤维缩短到下部各层纤维伸长的连续变化中,必有一层纤维既不缩短也不伸长,这层纤维称为中性层。中性层与横截面的交线称为中性轴,如图7-1(c)所示。中性轴通过横截面形心,且与竖向对称轴y垂直,并将梁横截面分为受压和受拉两个区域。由此可知,梁弯曲变形时,各截面绕中性轴转动,使梁内纵向纤维伸长和缩短,中性层上各纵向纤维的长度不变。通过进一步的分析可知,各层纵向纤维的线应变沿截面高度应为线性变化规律,从而由虎克定律可推出,梁弯曲时横截面上的正应力沿截面高度呈线性分布规律变化,如图7-2所示。

图7-1 梁的弯曲应力

图7-2 梁弯曲时,正应力分布规律