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构件承载能力及其影响因素

【摘要】:我们把构件在外载荷作用下能够满足强度、刚度和稳定性要求的能力,称为构件承载能力。一般将实际材料看作是连续、均匀和各向同性的可变形固体。构件在工作时的受载荷情况各不相同,受载后产生的变形也随之而异。

在工程上,为了保证构件在载荷作用下安全可靠地工作,构件就必须具有足够的强度、刚度和稳定性。我们把构件在外载荷作用下能够满足强度、刚度和稳定性要求的能力,称为构件承载能力。

1.构件的承载能力

(1)强度

强度就是构件在载荷作用下抵抗破坏的能力。例如,起重机在起吊额定重量时,它的各部件不能断裂;传动轴在工作时,不应被扭断;压力容器工作时,不应开裂等。

(2)刚度

刚度是构件在外力作用下抵抗变形的能力,以保证构件在载荷作用下不产生影响其正常工作的变形。例如车床主轴的变形过大,将会影响其加工零件的精度;又如齿轮传动轴的变形过大,将使轴上的齿轮啮合不良,引起振动和噪声,影响传动的精确性,并引起轴承的不均匀磨损等。

(3)稳定性

稳定性是细长压杆能够维持原有直线平衡状态的能力。当细长直杆所受轴向压力达到某一临界值时,会突然变弯(称为失稳),或由此折断,丧失工作能力。例如,顶起汽车千斤顶螺杆、液压缸中的长活塞杆等。

2.构件的变形

研究构件承载能力的目的就是在保证构件既安全又经济的前提下,为构件选择合理的材料,确定合理的截面形状和几何尺寸,提供必要的理论基础和计算方法。在静力学中,忽略了载荷作用下物体形状尺寸的改变,将物体抽象为刚体。在工程实际中,这种不变形的构件(刚体)是不存在的,而是把构件抽象为变形体,称为变形固体。一般将实际材料看作是连续、均匀和各向同性的可变形固体。实践表明,在此基础上所建立的理论与分析计算结果,符合工程要求。

机械和工程结构中,构件的几何形状是多种多样的,但杆件是最常见、最基本的一种构件。所谓杆件,就是指其长度尺寸远大于其他两个方向的尺寸的构件。大量的工程构件都可以简化为杆件,如机器中的传动轴,工程结构中的梁、柱等。

构件在工作时的受载荷情况各不相同,受载后产生的变形也随之而异。对于杆件来说,其受载后产生的基本变形形式有轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转和弯曲,如图3-29 所示。

图3-29 杆件变形的基本形式

(a)轴向拉伸或压缩;(b)剪切;(c)扭转;(d)弯曲