MechMaterialChapter03_ConnectionSystem

1、河北工業(yè)大學(xué)河北工業(yè)大學(xué)工程力學(xué)教研室工程力學(xué)教研室2第三章第三章 聯(lián)接件體系的強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算聯(lián)接件體系的強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算 Practical Calculation of Strength for Connection System 贈(zèng)言：贈(zèng)言： 君子之道，辟（譬）如行遠(yuǎn)，必自邇；君子之道，辟（譬）如行遠(yuǎn)，必自邇；辟（譬）如登高，必自卑。辟（譬）如登高，必自卑。 子思子思中庸中庸3 3.1 概述概述 3.2 剪切的實(shí)用計(jì)算剪切的實(shí)用計(jì)算 3.3 擠壓的實(shí)用計(jì)算擠壓的實(shí)用計(jì)算第第3章章 聯(lián)接件體系的強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算聯(lián)接件體系的強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算Practical Calculation of Strength

2、 for Connection System4 如果受拉構(gòu)件是拼接的，除了受拉，如果受拉構(gòu)件是拼接的，除了受拉，還受什么作用？注意力轉(zhuǎn)到還受什么作用？注意力轉(zhuǎn)到 聯(lián)接件聯(lián)接件3.1 概概 述述在在 被聯(lián)接構(gòu)件（被聯(lián)接構(gòu)件（Connective Components） 之間，常用之間，常用鉚釘作為鉚釘作為 聯(lián)接件（聯(lián)接件（Connector）5 兩個(gè)或多個(gè)構(gòu)件相連兩個(gè)或多個(gè)構(gòu)件相連 1. 用用 釘子、鉚釘釘子、鉚釘?shù)嚷?lián)結(jié)等聯(lián)結(jié) 2. 焊接焊接 3. 其它其它 本章只研究本章只研究 4種聯(lián)接件種聯(lián)接件螺栓、銷(xiāo)釘、鉚釘、鍵塊螺栓、銷(xiāo)釘、鉚釘、鍵塊 聯(lián)接件體系（聯(lián)接件、被聯(lián)接構(gòu)件）的受力特點(diǎn)：聯(lián)接件體

3、系（聯(lián)接件、被聯(lián)接構(gòu)件）的受力特點(diǎn)： 力在一條軸線(xiàn)上傳遞中有所偏離力在一條軸線(xiàn)上傳遞中有所偏離（與拉壓情況不同）（與拉壓情況不同） 問(wèn)題問(wèn)題：1. 力傳遞的偏離引起什么新的力學(xué)現(xiàn)象？力傳遞的偏離引起什么新的力學(xué)現(xiàn)象？ 2. 如何計(jì)算聯(lián)接件、被聯(lián)接構(gòu)件的強(qiáng)度？如何計(jì)算聯(lián)接件、被聯(lián)接構(gòu)件的強(qiáng)度？ 6簡(jiǎn)單典型簡(jiǎn)單典型 1個(gè)螺栓、個(gè)螺栓、2個(gè)被聯(lián)接的構(gòu)件個(gè)被聯(lián)接的構(gòu)件先研究螺栓的受力情況先研究螺栓的受力情況7螺栓受力特點(diǎn)螺栓受力特點(diǎn) 1、 橫截面橫截面 mnmn, , pq pq 上上 有作用力有作用力 V 象剪刀一樣，試圖把螺栓從該象剪刀一樣，試圖把螺栓從該截面截面處剪開(kāi)處剪開(kāi) 稱(chēng)稱(chēng)V為剪力為剪力

4、(Shear force)，引起引起切應(yīng)力（切應(yīng)力（ Shear stress) 2、桿段桿段、 受到被聯(lián)接構(gòu)件的受到被聯(lián)接構(gòu)件的擠壓（擠壓（Bearing) 引起引起擠壓應(yīng)力（擠壓應(yīng)力（Bearing stress) 8基于螺栓的受力分析，容易預(yù)測(cè)出螺栓可能的失效形式基于螺栓的受力分析，容易預(yù)測(cè)出螺栓可能的失效形式 （1）在截面）在截面mn, pq處被剪斷處被剪斷 （2）受擠壓部分的半圓被）受擠壓部分的半圓被“擠扁擠扁” （近似半橢圓）（近似半橢圓） 照片中的螺栓產(chǎn)生了塑性變形，驗(yàn)證了情況照片中的螺栓產(chǎn)生了塑性變形，驗(yàn)證了情況 (2)還應(yīng)當(dāng)研究還應(yīng)當(dāng)研究被聯(lián)接構(gòu)件被聯(lián)接構(gòu)件有沒(méi)有有沒(méi)有新的受

5、力特點(diǎn)新的受力特點(diǎn)9被聯(lián)接構(gòu)件受力特點(diǎn)被聯(lián)接構(gòu)件受力特點(diǎn) 1、 沒(méi)有受沒(méi)有受剪力剪力作用作用 2、同螺栓、同螺栓桿段桿段、 對(duì)應(yīng)半圓孔對(duì)應(yīng)半圓孔受到螺栓受到螺栓擠壓擠壓， 有可能導(dǎo)致變形過(guò)大而失效有可能導(dǎo)致變形過(guò)大而失效（變成近似橢圓孔）（變成近似橢圓孔） 3、螺栓、螺栓擠壓，擠壓，有可能把有可能把被聯(lián)接構(gòu)件被聯(lián)接構(gòu)件端部端部豁開(kāi)豁開(kāi) （一般將端部設(shè)計(jì)得充分長(zhǎng)，抵御豁開(kāi)力，因而對(duì)此（一般將端部設(shè)計(jì)得充分長(zhǎng)，抵御豁開(kāi)力，因而對(duì)此 不計(jì)算）不計(jì)算）10 為保證設(shè)計(jì)的安全為保證設(shè)計(jì)的安全, 必須對(duì)聯(lián)接件、被聯(lián)接構(gòu)件必須對(duì)聯(lián)接件、被聯(lián)接構(gòu)件 進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算：進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算： 聯(lián)接件聯(lián)接件 切應(yīng)力，擠壓應(yīng)力

6、切應(yīng)力，擠壓應(yīng)力 被聯(lián)接構(gòu)件被聯(lián)接構(gòu)件 擠壓應(yīng)力擠壓應(yīng)力 切應(yīng)力、擠壓應(yīng)力的分布函數(shù)很復(fù)雜，需用有限元等切應(yīng)力、擠壓應(yīng)力的分布函數(shù)很復(fù)雜，需用有限元等 數(shù)值方法計(jì)算數(shù)值方法計(jì)算（如擠壓應(yīng)力屬于接觸問(wèn)題）（如擠壓應(yīng)力屬于接觸問(wèn)題） 為了方便工程，提出實(shí)用計(jì)算為了方便工程，提出實(shí)用計(jì)算 假定應(yīng)力均勻分布，得到假定應(yīng)力均勻分布，得到名義應(yīng)力名義應(yīng)力；本質(zhì)算；本質(zhì)算平均應(yīng)力平均應(yīng)力 剪切實(shí)用計(jì)算的步驟剪切實(shí)用計(jì)算的步驟 1、 算出剪力（根據(jù)靜力平衡）算出剪力（根據(jù)靜力平衡） 2 、計(jì)算名義切應(yīng)力（或平均切應(yīng)力）、計(jì)算名義切應(yīng)力（或平均切應(yīng)力） 3 、強(qiáng)度校核、強(qiáng)度校核 3.2 剪切的實(shí)用計(jì)算剪切的實(shí)用

7、計(jì)算11剪切強(qiáng)度計(jì)算剪切強(qiáng)度計(jì)算 1、剪力、剪力 2、名義切應(yīng)力、名義切應(yīng)力 假定切應(yīng)力均勻分布，剪力假定切應(yīng)力均勻分布，剪力 V 引起的切應(yīng)力為引起的切應(yīng)力為 m 名義名義 的漢語(yǔ)拼音，或的漢語(yǔ)拼音，或 平均平均（mean）的英文縮寫(xiě)的英文縮寫(xiě)2/2PVPV 2224/2/DPDPAVm12為許用為許用切切應(yīng)力應(yīng)力 3、強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核 若若 說(shuō)明設(shè)計(jì)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求說(shuō)明設(shè)計(jì)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求 否則，需重新設(shè)計(jì)，如加大螺栓直徑等否則，需重新設(shè)計(jì)，如加大螺栓直徑等 m 13 如何確定如何確定許用切應(yīng)力許用切應(yīng)力 b nbn 對(duì)材料做對(duì)材料做剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn)，可測(cè)得，可測(cè)得剪斷剪斷時(shí)的切應(yīng)力值時(shí)的切應(yīng)力值

8、則該材料的許用切應(yīng)力為則該材料的許用切應(yīng)力為 剪切剪切安全因數(shù)安全因數(shù) 試驗(yàn)結(jié)論試驗(yàn)結(jié)論塑性塑性 脆性脆性 t0.8)-(0.6 t)0.1-8(0.14算算 例例151. 靜力平衡得到靜力平衡得到 剪力剪力 V = P2. 螺栓截面螺栓截面 mn 上平均切應(yīng)力或名義切應(yīng)力上平均切應(yīng)力或名義切應(yīng)力 2244/DPDPAVm3. 強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核 m16 在聯(lián)接件中通常同時(shí)出現(xiàn)在聯(lián)接件中通常同時(shí)出現(xiàn) 擠壓應(yīng)力擠壓應(yīng)力和和切應(yīng)力切應(yīng)力 但二者有明顯區(qū)別但二者有明顯區(qū)別AB剪力剪力V擠壓擠壓力力PA向向剪力作用剪力作用面面 積積B向向擠壓力計(jì)算擠壓力計(jì)算 面面 積積 AbsbsbsbsAP3.3 擠

9、壓的實(shí)用計(jì)算擠壓的實(shí)用計(jì)算 擠壓應(yīng)力擠壓應(yīng)力計(jì)算面積計(jì)算面積 實(shí)際實(shí)際擠壓面擠壓面在在垂直擠壓力垂直擠壓力 方向方向上的上的投影投影 bs bearing stress17AB剪力剪力V擠壓擠壓力力PA向向剪力作用剪力作用面面 積積B向向擠壓力計(jì)算擠壓力計(jì)算 面面 積積 Abs 注意：實(shí)際注意：實(shí)際擠壓面擠壓面是是半圓柱半圓柱 切應(yīng)力切應(yīng)力 1 1、計(jì)算面積計(jì)算面積是剪力的是剪力的真實(shí)作用區(qū)真實(shí)作用區(qū) 2 2、名義切應(yīng)力名義切應(yīng)力是真實(shí)的是真實(shí)的平均切應(yīng)力平均切應(yīng)力 擠壓應(yīng)力擠壓應(yīng)力 1、計(jì)算面積計(jì)算面積不一定是擠壓力不一定是擠壓力真實(shí)作用區(qū)真實(shí)作用區(qū) 2 2、名義擠壓應(yīng)力、名義擠壓應(yīng)力不一定

10、是不一定是平均擠壓應(yīng)力平均擠壓應(yīng)力 18 綜上所述，綜上所述，擠壓應(yīng)力擠壓應(yīng)力 公式屬于真正的假定計(jì)算公式屬于真正的假定計(jì)算 許用擠壓應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力也是靠破壞試驗(yàn)確定也是靠破壞試驗(yàn)確定 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果 聯(lián)接件聯(lián)接件 中通常同時(shí)出現(xiàn)中通常同時(shí)出現(xiàn) 擠壓應(yīng)力、切應(yīng)力擠壓應(yīng)力、切應(yīng)力 被聯(lián)接構(gòu)件被聯(lián)接構(gòu)件通常只出現(xiàn)通常只出現(xiàn) 擠壓應(yīng)力擠壓應(yīng)力tbs.-.)0271(19例例 題題20 外載集度外載集度 p=2MPa, 角鋼厚角鋼厚 t=12mm, 長(zhǎng)長(zhǎng) L=150mm, 寬寬b=60mm，螺栓直徑，螺栓直徑 d=15mm. 求螺栓名義切應(yīng)力求螺栓名義切應(yīng)力 和螺栓與角鋼間的名義擠壓應(yīng)力和螺栓與角

11、鋼間的名義擠壓應(yīng)力（忽略角鋼與工字（忽略角鋼與工字 鋼之間的摩擦力）鋼之間的摩擦力） 解：解：（1）角鋼承受的總載荷）角鋼承受的總載荷pbLF 22pbLFV（2）每個(gè)螺栓的剪力）每個(gè)螺栓的剪力21（3）螺栓所受的名義切應(yīng)力）螺栓所受的名義切應(yīng)力)MPa(.dpbL/d/pbLAV96500150143150060022242222剪22pbLFQ4）單個(gè)螺栓與角鋼）單個(gè)螺栓與角鋼 間的擠壓力間的擠壓力 22（5）螺栓與角鋼間的名義擠壓應(yīng)力）螺栓與角鋼間的名義擠壓應(yīng)力)MPa(.tdpbLtd/pbLAQ500150012021500600222 擠23 例題例題要點(diǎn)提示要點(diǎn)提示 例例3.1（P76）（1）看懂圖）看懂圖3.5(a) （2）(P77)第第1-3行一段話(huà)行一段話(huà)(由于由于強(qiáng)度強(qiáng)度 )不妥不妥 (應(yīng)改為應(yīng)改為:應(yīng)當(dāng)分段驗(yàn)算銷(xiāo)釘?shù)臄D壓強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)分段驗(yàn)算銷(xiāo)釘?shù)臄D壓強(qiáng)度) 例例3.2（P