化工設(shè)備機械基礎(chǔ)剪切力部分

1、 工程結(jié)構(gòu)和機器是由若干構(gòu)件或零件工程結(jié)構(gòu)和機器是由若干構(gòu)件或零件裝配起來的，其中起連接作用的部件稱裝配起來的，其中起連接作用的部件稱為為聯(lián)接件，如銷釘，鉚釘，鍵等。聯(lián)聯(lián)接件，如銷釘，鉚釘，鍵等。聯(lián)接件的作用是顯而易見的，它的強度問題接件的作用是顯而易見的，它的強度問題是材料力學(xué)要專門研究的課題。是材料力學(xué)要專門研究的課題。工程事故 19981998年年9 9月月1010日，上海東方航空公司一架波音日，上海東方航空公司一架波音747747客機客機在上海虹橋機場降落前，發(fā)現(xiàn)前起落架無法打開，在空中在上海虹橋機場降落前，發(fā)現(xiàn)前起落架無法打開，在空中盤旋三個小時排除故障未果，后緊急迫降成功。經(jīng)事故鑒

2、盤旋三個小時排除故障未果，后緊急迫降成功。經(jīng)事故鑒定，是前起落架的聯(lián)接銷釘材料不合格被剪切破壞所致。定，是前起落架的聯(lián)接銷釘材料不合格被剪切破壞所致。電影電影“緊急迫降緊急迫降”就是根據(jù)這起事故改編而成的。就是根據(jù)這起事故改編而成的。第三章第三章 受剪構(gòu)件實用計算受剪構(gòu)件實用計算第一節(jié)第一節(jié) 剪切變形的概念剪切變形的概念螺栓的剪切實例PP受力特點：變形特點：連接件連接件 作用在連接件兩側(cè)面上兩側(cè)面上的分布力的合力大小相等，方向相反，作用線垂直于軸線且相距很近。 作用在連接件兩側(cè)面上兩側(cè)面上的分布力的合力推著各自作用的部分沿著兩力作用線間某一橫截面發(fā)生相對錯動。PPPQ發(fā)生相對錯動的截面發(fā)生相對

3、錯動的截面剪切面剪切面；在剪切面上于截面相切的內(nèi)力在剪切面上于截面相切的內(nèi)力剪力剪力。一. 剪切的受力特點和變形特點和變形特點1. 假定剪應(yīng)力均勻分布；假定擠壓應(yīng)力均勻分布。假定剪應(yīng)力均勻分布；假定擠壓應(yīng)力均勻分布。三三.受剪構(gòu)件的兩方面的假定：受剪構(gòu)件的兩方面的假定：2. 進行實物或模型實驗，確定許用應(yīng)力。進行實物或模型實驗，確定許用應(yīng)力。二二.受剪構(gòu)件可能的兩種破壞形式：受剪構(gòu)件可能的兩種破壞形式：1. 剪切破壞剪切破壞 沿剪切面發(fā)生錯動. 2. 擠壓破壞擠壓破壞 由于擠壓力過大使接觸處的局部區(qū)域發(fā)生塑性變形。PP第二節(jié)第二節(jié) 剪力、剪應(yīng)力與剪切強度剪力、剪應(yīng)力與剪切強度一、剪力一、剪力內(nèi)

4、力QPQQPFx00二、剪應(yīng)力二、剪應(yīng)力：受力和變形復(fù)雜，假定剪應(yīng)力均勻分布AQ AQ塑性材料： =（0.60.8） 脆性材料： =（0.81.0） 強度校核、截面選擇和求許可載荷 三、剪切強度條件三、剪切強度條件例4-1 P=20kN，銷釘16Mn， =140MPa直徑d是多少才能安全起吊。 0yF02/ PQkNQ10QAAQ mmQd54.94第三節(jié)第三節(jié) 擠壓的概念和強度條件擠壓的概念和強度條件一、擠壓的概念、擠壓應(yīng)力一、擠壓的概念、擠壓應(yīng)力 PP2tttdAB擠壓擠壓是伴隨著剪切變形在連接件與被連接件接觸表面上所產(chǎn)生的相互壓緊現(xiàn)象。接觸面間的相互壓力稱為擠壓力擠壓力。二、擠壓強度條件

5、二、擠壓強度條件塑性材料：jy=(1.7-2.0)脆性材料：jy=(2.0-2.5) jyjyjyAPjyjyAPdtAjy2鍵的計算： 例1 圖示齒輪用平鍵與軸聯(lián)接，已知軸直徑d=70，鍵的尺寸為hl=20 12 100 ，傳遞的扭轉(zhuǎn)力偶矩m=2kNm，鍵的許用剪應(yīng)力=60MPa，p 100MPa，試校核鍵的強度。 解： 先校核鍵的剪切強度。將平鍵沿n-n截面分成兩部分，并把n-n以下部分和軸作為一個整體來考慮如圖。對軸心取矩，由平衡方程M=0 ，得,2mdQkNdmQ14.572剪切面面積為A=2200010020mml MPaAQ6 .281020001014.5763可見，平鍵滿足剪切

6、強度條件。其次較核鍵的擠壓強度?？紤]鍵在n-n截面以上部分的平衡，如圖則擠壓力P=Q=57.14kN，擠壓面積Ap=2hlpppMPaAp3 .951010061014.5763可見，平鍵滿足擠壓強度條件。第四節(jié)第四節(jié) 剪切變形和剪切虎克定律剪切變形和剪切虎克定律一、剪切變形、剪應(yīng)變一、剪切變形、剪應(yīng)變?yōu)榧魬?yīng)變或角應(yīng)變，弧度由剪應(yīng)力決定二、剪切虎克定律二、剪切虎克定律剪切彈性模量G，MPa E G)1(2EG三、剪應(yīng)力互等定理三、剪應(yīng)力互等定理 剪應(yīng)力互等定理剪應(yīng)力互等定理：在相互垂直的兩個平面上，剪應(yīng)力必然成對存在，且數(shù)值相等；兩者都垂直于兩個平面的交線，方向則共同指向或背離這一交線。 0Z

7、Mdxdzdydydzdx)()(第五節(jié) 應(yīng)力集中、應(yīng)力松弛以及熱應(yīng)應(yīng)力集中、應(yīng)力松弛以及熱應(yīng)力在化工中存在的現(xiàn)象力在化工中存在的現(xiàn)象o 應(yīng)力集中的概念 等截面直桿受軸向拉伸或壓縮時，橫截面上的應(yīng)力是均勻分布的。在工程實際中，有些構(gòu)件往往有切口、切槽、螺紋、圓孔等，以致在這些部位上截面尺寸發(fā)生突然變化。實驗結(jié)果和理論分析表明，在零件尺寸突然改變的橫截面上應(yīng)力并不是均勻分布的。 以下圖中間開有圓孔的受拉板為例，在距離小孔較遠的I- I截面上，正應(yīng)力是均勻分布的，記為。但在小孔中心所在的-截面上，正應(yīng)力分布則不均勻，在孔邊附近的局部區(qū)域內(nèi)，應(yīng)力將急劇增加。但在離開圓孔稍遠處，應(yīng)力就迅速降低而趨于均

8、勻。這種因構(gòu)件截面尺寸突然變化而引起局部應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力集中應(yīng)力集中。實驗結(jié)果表明：截面尺寸改變得越急劇，角越尖，孔越小，應(yīng)力集中的程度就越嚴重。因此，構(gòu)件應(yīng)盡可能地避免帶尖角的孔和槽，在階梯軸的軸肩處要用圓弧過渡。o 應(yīng)力松弛 在總變形量保持不變，初始的彈性變形隨時間的推移逐漸轉(zhuǎn)化為塑性變形并引起構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力減小的現(xiàn)象就是應(yīng)力松馳應(yīng)力松馳 有一些發(fā)生蠕變的構(gòu)件，其外觀尺寸并無明顯改變。例如高溫管道上的法蘭聯(lián)接螺栓，如果這個在高溫條件下工作的螺柱發(fā)生了蠕變， 二螺母之間的螺柱長度不會增長，但是螺柱已存在的彈性變形會逐漸地轉(zhuǎn)化為塑性變形，同時螺柱的內(nèi)力下降，并導(dǎo)致法蘭密封面與墊片之間壓

9、緊力減小而發(fā)生泄漏。o熱應(yīng)力在化工中存在的現(xiàn)象及對策 0.熱應(yīng)力的產(chǎn)生及特點(上圖)q 1熱應(yīng)力不是由于熱變引起。熱變形本身并不產(chǎn)生熱應(yīng)力。只有熱變形受到限制并轉(zhuǎn)化成彈性變形，或者是由于限制相鄰構(gòu)件的熱變形而引起自身產(chǎn)生了彈性變形，才會產(chǎn)生熱應(yīng)力。所以熱應(yīng)力歸根到底是由彈性變形引的，所不同的只是這里的彈性變形不是由施加的外力產(chǎn)生的，而是由受限制的那部分熱變形轉(zhuǎn)化而來的.q2熱應(yīng)力既然是由于熱變形受限制引起的，所以減小或防止熱應(yīng)力的方法，一個是不要使構(gòu)件產(chǎn)生熱變形，即不要出現(xiàn)溫度的變化，這顯然是不太可能的。 q另一個辦法就是盡量減少對熱變形的限制，譬如管殼式換熱器管子受熱要伸長，在殼體上加膨脹節(jié)、變固定管板為浮頭式、填料函式或索性用U形換熱管，都可以減少或消除熱應(yīng)力；高溫管道的法蘭聯(lián)接，工作時法蘭厚度因熱膨脹而增厚，為了減小螺柱對它的熱變形限制，可以把螺柱沒有螺紋的部分車細至等于螺紋根部直徑，或者是同時采用加厚的螺母墊圈，增加螺柱二螺母間的長度，這樣都可以減少螺柱中的熱應(yīng)力；又如臥式容器的兩個支座，其中必須有一個是可以在地面上滑動的，以便使容器可以自由伸縮。這些例子都說明對于熱變形只能放行，不能阻擋。 q 3熱應(yīng)力既然是由于熱變形受到限制引起的，所以