建筑力学教案（从14周到16周）.docx

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1、广州市机电技师学院 广州市天河金领技工学校教师姓名：唐曹荣授课班级：建筑1329课程名称： 筑力学(2)、计算许可轴力可查型钢表：Ai =10. 86cm2X2=21.7 cm2 A2 =12. 74 cm22X2=25. 48 cm2由强度计算公式：。max二Fftaax/AW 。 Fp = A。FNAb=21. X 102mm2 X 120MPa =260KNFNac = 25. 48 X 102mm2 X 120MPa=306KN(3)计算许可载荷：FP1= FNAb/2=260/2=130 KN FP2= FNAC/2=306/L 732=176. 5 KNFp=minFP1, fP2

2、 ) =130 KN例题6.7起重吊钩的上端借螺母固定，若吊钩螺栓内径d=55mm F=170KN材料 许用应力o=160MPa,试校核螺栓部分的强度。解：计算螺栓内径处的面积A= Ji d2/4=兀X (55 X10-3)2 m2/4=2375 mm2o = Fn/A=170X103N/2375 mm-71. 6 MPaW o =160 MPa所以吊钩螺栓部分安全。图示一托架，4。是圆钢杆，许用拉应力口=160 MPa, 回是方木杆，F=60KN试选定钢杆直径dl解：（1）轴力分析。取结点C为研究对象EFy=O练IC： Sina一尸=EFX=O 一外其, n a -歹二并假设钢杆的轴力S1H

3、6ZS1H6Z粤匚=TOWN+32F3Fn Ar =-F “ cos。=cos。= 60x = 90kNsincr24 国,AC4x90xl03 N =26.8 mm取d=26兀bj V Tixl60A7Pa教 案编号：版本：流水号：24（14周）科目建筑力学班级建筑1329授课日期2013-12-6课题轴向拉（压）杆的强度条件应用习题解答课时授课方式学生练习+解答辅助教具学 习 目 标如何利用强度条件式解决轴向拉（压）杆强度方面的 问题作业布置重占利用强度条件式解决轴向拉（压）杆强度方面的问题难点利用强度条件式解决轴向拉（压）杆强度方面的问题教 学 回 顾审阅签名:审阅日期:授课教师:提交日

4、期:教学过程教学环节教师活动学生活动资源准备课前准备备课做课件导入任务强度方面的计算分析任务三个方面的计算相关知识任务实施师生评议小结反思教学内容一、校核强度例题一直杆受力情况如图所示，直杆的横截面积AnOcml材料的许用应力o=160MPa 试校核该杆的强度解：1、首先算出各段的内力CD 段 FCI)=150KNBC 段 Fbc = 150KN -130KN=20KN AB 段 Fab =60KN2、画轴力图如图由轴力图可以看出CD段为危险截面3、计算CD段的应力 MAXN MAXA150x1()3lOxlO2二 150 MPa cr = 160MPa4、根据计算该杆强度完全合格二、截面选择

5、例题起重机的起重量P=35KN,绳索AB的许用应力。=45Mpa,试根据绳索的强度条件选 择其直径dYcYc1、先求绳索AB的轴力，取BCD为研究对象受力图如上图列平衡方程： Mz = 0 NCOS a X 10-P X 5=0 AB=V102 +152 =18. 03教学内容COS a = 士一二0. 832N=20. 03KN18.032、再由强度条件求出绳索的直径N N 1、I 4N Ux2L03xl02 _O = O- d 2 /= j I =24nimAL Y加司V 3.14x454三、求许用载荷图示的支架，杆为直径d=16 mm的钢圆截面杆，许用应力。尸160MPa； 杆为边长a=

6、12cm的正方形截面杆ob=10MPa,在节点B处挂一重物P,求许用 载荷P解：（1）计算杆的轴力：取B点为研究对象列平衡方程：8=。一NN2cos a =02 = 0 -P-Nssin a =02 4由几何关系得：tan a=二一1.5 3解方程得：NfO. 75P计算许用载荷，则 sin a 二一 5N2r 25P3COS a 二一5先根据杆的强度条件计算杆能承受的许用载荷Po 1 = N - 75P 4a iA A所以p W AJb二 | x 3.14 x 162 x 1601.250.75=4. 29X 104N=42. 9KN根据杆的强度条件计算杆能承受的许用载荷PO 2= N 2

7、- 125 尸a 12所以P w 4b2 - 120 - X 10p. 52X 10%=4115. 2KN1.251.25比较两杆所得的许用载荷取其中较小的则支架的许用载荷为P W 42. 9KN-1033.4649M 588.258编号：版本：流水号：25（15周）科目建筑力学班级建筑1329授课日期2013-12-10课题应力集中的概念和本章重点知识回顾课时授课方式讲解辅助教具学 习 目 标了解应力集中的概念和记牢本章重点知识作业布置重点记牢本章重点知识难点记牢本章重点知识教 学 回 顾授课教师：审阅签名:提交日期：审阅日期:教学过程教学环节教师活动学生活动资源准备课前准备备课及做课件导入

8、任务本章重点知识分析任务本章重点知识相关知识任务实施师生评议小结反思教学内容一、应力集中1、应力集中的概念：由杆件外部突然变化而引起的局部应力急剧增大的现象 称为应力集中应力集中的程度用最大局部应力与该截面上的名义应力 的比值表示比值（称为应力集中因数2、应力集中的影响1）、形状尺寸的影响：尺寸变化越急剧、角越尖、孔越小，应力集中的程度越严重。2）、材料的影响：应力集中对塑性材料的影响不大；应力集中对脆性材料的影响严重，应特 别注意。3、在设计时，从以下三方面考虑应力集中对构件强度的影响：1 .在设计脆性材料构件时，应考虑应力集中的影响。2 .在设计塑性材料的静强度问题时，通常可以不考虑应力集

9、中的影响。3 .设计在交变应力作用下的构件时，制造构件的材料无论是塑性材料或脆性材 料，都必须考虑应力集中的影响。二、本章小结1、轴向拉伸与压缩的概念2、轴力图的概念，轴力的正负确定3、作轴力图时应注意的两点4、轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力的计算5、直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力的计算6、正应力和剪应力的概念7、轴向拉伸杆的纵向变形（8=半）和横向变形（2 =舞）9、虎克定律AL=O =E* 8、材料轴向拉伸时的力学性能9、材料轴向压缩时的力学性能10、材料的极限应力11、材料的容许应力12、安全系数的概念教学环节与时间分配教学内容13、轴向拉伸的强度条件?皿14、应用强度条件解决

10、轴向拉（压）杆强度计算的三类问题:（1）强度校核（2）截面选择 A2高（3）确定许用载荷NWA。科目建筑力学班级建筑1329授课日期2013-12-11课题剪切与挤压的概念及实用计算课时授课方式讲解辅助教具学 习 目 标掌握剪切和挤压的概念和受力分析作业布置重点剪切和挤压的概念和受力分析难点剪切和挤压的概念和受力分析教 学 回 顾审阅签名:审阅日期:授课教师:提交日期:科目建筑力学班级建筑1329授课日期2013. 12. 3课题材料在拉伸与压缩时的力学性能课时授课方式讲解辅助教具学 习 目 标掌握材料在拉伸和压缩时的不同力学性能作业布置重点材料在拉伸和压缩时的力学性能难点材料在拉伸和压缩时的

11、就应力应变曲线教学回顾授课教师：唐曹荣审阅签名:提交日期：审阅日期：教学过程教学环节教师活动学生活动资源准备课前准备备课及做课件导入任务剪切和挤压的概念和受力分析分析任务剪切和挤压的概念和受力分析相关知识任务实施师生评议小结反思一、剪切与挤压的概念1、剪切的概念剪切变形是指杆件受到一对垂直于杆轴方向的大小相等、方向相反、作用线相距 很近的外力所引起的变形。剪切受力特点：作用在构件两侧面上的外力合力大小相等、方向相反且作用线很 近。变形特点：位于两力之间的截面发生相对错动。2、挤压的概念构件在受剪切的同时在两构件的接触面上，因相互压紧会产生局部受压称为挤压FID FID 1、剪切的计算假设切应力

12、在剪切面（加口截面）上是均匀分布的，得实用切应力计算公式:切应力强度条件:许用切应力，常由实验方法确定塑性材料：R=（。.5-0.7）L塑性材料：R=（。.5-0.7）L脆性材料：k =（,8_i0）b2、挤压的实用计算假设应力在挤压面上是均匀分布的得实用挤压应力公式*注意挤压面面积的计算（1）接触面为平面4$实际接触面面积（2）接触面为圆柱面A加一直径投影面面积许用挤压应力,挤压强度条件：b加 常由实验方法确定科目建筑力学班级建筑1329授课日期2013-12-13课题剪切和挤压的分析和实用计算课时授课方式讲解辅助教具学 习 目 标掌握剪切和挤压的力的分析和计算作业布置重点剪切和挤压的力的分

13、析难点剪切和挤压的力的分析教 学 回 顾审阅签名:审阅日期:审阅签名:审阅日期:授课教师:提交日期:教学过程教学环节教师活动学生活动资源准备课前准备备课及做课件导入任务剪切和挤压的力的分析分析任务剪切和挤压的力的分析及计算相关知识任务实施师生评议小结反思剪切和挤压的实用计算讨论题一“木棒接头，当受U力作用时，接头的 剪切面积和挤压面积分别是 o(A) ab9 I c(B) c b9 I b(C) I b9 cb(D) I c, abR FFbs F图示接头，板与钏1钉为同一材料，已知 (5s= 27),为充分利用材料，钏1钉的直径d应为o(A) d = 2h(B) Cf = 4h(C)。=笑(

14、D)。=挈为充分利用材料，切应力和挤压应力应满足?小得：F 4F t 8/z=2x- d = dh 4*tc例题：图示接头，受轴向力方作用。已知450kN, ZlSOmm, =10mm,占17mm, 天80mlli, o=160MPa, r=120MPa,。高=320MPa,钾钉和板的材料相同， 试校核其强度。解：1.板的拉伸强度2.板的剪切强度一 Fn _ F A (b-2d)550xlQ3(0.15-2x0.017)x0.01 -43.1xl06 =43.1MPao-3,钾钉的剪切强度F 4F 2F丁 、 A 2nd2 71d之 2x50x103 _ tixO.0172 - 110xl06

15、=110MParFs _ F 50xlQ3T 4aS 15.7xlO6=15.7MPar4.板和钾钉的挤压强度二 二 F 二 50x1034S. 2d6 147xlO6=147MPaa结论：强度足够。科目建筑力学班级 建筑1329授课日期2013-12-17课题剪切和挤压的实用计算训练课时授课方式例题详讲辅助教具学 习 目 标掌握剪切和挤压的实用计算训练作业布置重点剪切和挤压的实用计算难点剪切和挤压的实用计算教 学 回 顾授课教师：审阅签名:提交日期：审阅日期:教学过程教学环节教师活动学生活动资源准备课前准备备课做课件导入任务剪切和挤压的实用计算分析任务剪切和挤压的实用计算相关知识任务实施师生

16、评议小结反思剪切和挤压的实用计算实例讲解:例一、图示齿轮用平键与轴连接，已知轴的直径d=70mm,键的尺寸为Z?x/zx/ = 20x 12x100mm,传递的扭转力偶矩M2kN m,键的许用应力T=60MPa, = lOOMPao试校核键的强度。（C）解：（1）校核键的剪切强度由平衡方程Z= 0得 Fs- = blr- = Me2Me bld2x200020xl00x70xl0-9=28.6 x 1()6 & = 2S.6MPa t口 人h iF), = Ai cyI /cr.(2)校核键的挤压强度2由平衡方程得尸，=Fbs或blr = lcyhsZbr 2(20x10-3)(28.6x10

17、6)平键满足强度要求。12x10-3=95.3 x 1。6 & = 95.3MPq 例二、例二、图示一钾钉连接件，受轴向拉力F作用。已知：F=100KN,钢板厚6=8MM,宽B=100MM,钾钉直径D=16MM许用剪力t=140MPA,许 用挤压应力。1=340钢板许用拉应力。=170,试校核该连接件的强度教学过程教学环节教师活动学生活动资源准备课前准备熟悉教材+查阅资料+做课件导入任务掌握材料在拉伸和压缩时的力学性能 对进行应力分析和计算是非常必要的分析任务对材料在拉伸和压缩的力学性能及塑 性和脆性材料的力学性能进行对比便 于学生学习时的理解和记忆相关知识金属材料学任务实施师生评议小结反思解

18、：连接件存在三种破坏的可能钾钉被剪彩断；钾钉或钢板发生挤压破坏 钢板由于钻孔，断面受到削弱。在削弱处被拉断，所以必须满足以上三方面的 强度条件(1)钾钉的剪切强度条件连接件有N个直径相同的钾钉时，且对称于外力作用线布置则各钾钉所受力相等剪切面上的剪力V=F1=?壬二嚷M二124MP&(2)钾钉的挤压强度条件。，十 丢二的T95MPaJ=340 MPa(2)板的抗拉强度条件两面块板的受力情况相同只要校核一块则可以，从图中看出截面-1和3-3的净 面积相同，而截面3-3的轴力较小，故截面3-3不是危险截面，而截面2-2的轴 力虽比截面1-1小，但净面积也小所以对截面1T和2-2进行校核 截面 1-

19、1 ,= A=微牖=149MPa 。=170MPa截面 2-2 2二今二6/138MPa0 = 170MPa所以钢板满足抗拉强度要求科目建筑力学班级建筑1329授课日期2013-12-18课题扭转课时授课方式讲解辅助教具学 习 目 标掌握圆轴扭转的概念、扭矩图及应力计算公式作业布置重点掌握圆轴扭转的概念及应力计算公式难点掌握圆轴扭转的应力计算公式教 学 回 顾审阅签名:审阅日期:授课教师:提交日期:教学过程教学环节教师活动学生活动资源准备课前准备备课及做课件导入任务圆轴扭转的概念、扭矩图及应力计算公 式分析任务圆轴扭转的概念、扭矩图及应力计算公 式相关知识任务实施师生评议小结反思一、扭转的概念

20、杆件受到大小相等,方向相反且作用平面垂直于杆件轴线的力偶作用，杆 件的横截面绕轴线产生相对转动。受扭转变形杆件通常为轴类零件，其横截面大都是圆形的。所以本章主要 介绍圆轴扭转。二、外力偶矩的计算扭矩和扭矩图.外力偶矩1 .扭矩和扭矩图用截面法研究横截面上的内力扭矩正负规定右手螺旋法则右手拇指指向外法线方向为正(+),反之为负Me 4XMei扭矩图 +三、扭转应力计算圆轴扭转时柜截面上任意点只存在着剪应力，其剪彩应力t的大小与横截面上的扭转成正比削应力点到圆心的距离成正比剪彩应力的方向垂直于半径其公式MnP为 T=Ip.其中Ip为极惯性矩71d2实心圆轴截面的极惯性矩为Ip=32 .庐02)空心

21、圆轴截面的极惯性矩为Ip二一32 一.L的单位为/或mn?科目建筑力学班级建筑1329授课日期2013-12-20课题圆轴扭转的强度条件计算课时授课方式讲解辅助教具学 习 目 标掌握圆轴扭转的强度条件计算作业布置重点圆轴扭转的强度条件计算难点圆轴扭转的强度条件计算教 学 回 顾审阅签名:审阅日期:审阅签名:审阅日期:授课教师:提交日期:教学过程教学环节教师活动学生活动资源准备课前准备备课做课件导入任务强度计算分析任务强度计算的三个方面相关知识材料力学任务实施师生评议小结反思教学内容一、最大剪应力M n PmaxT max =I pMn则 T max二 Wp式中Wp-抗扭截面系数对于实心圆对于实

22、心圆Wp=32D2=16式中a =d/D对于实心圆Wp=2- (1-a 4)二、圆轴扭转时的强度条件maxmax二 Wp三、圆轴扭转时的强度计算根据强度条件可以对轴进行三方面计算即强度校核、设计截面、和确定许用载 荷例如图一钢轴，受一对外力偶作用其力偶矩Mc=2.5KN.M,已知轴的直径D=60MM 许用剪力=60MPA度对该思进行校核:解计算扭矩Mn=Mn=Mc校核强度=59MPa T =60 MPa_ max ” _ 25x1()6x16T max= W =嗓=3.14x6021 6符合要求材料在拉伸与压缩时的力学性能材料的力学性能：是材料在受力过程中表现出的各种物理性质。在常 温、静载条

23、件下，塑性材料和脆性材料在拉伸和压缩时的力学性能 一、低碳钢拉伸时的力学性能1、应力-应变图2、在应力-应变图中呈现如下四个阶段：1）、弹性阶段（oa段）oa段为直线段，a点对应的应力称为比例极限，用。表示 正应力和正应变成线性正比关系，即遵循胡克定律。=E*e弹性模量和的关系：0tan q = = E2）屈服阶段（be段）过6点，应力变化不大，应变急剧增大，曲线上出现水平锯齿形 状，材料失去继续抵抗变形的能力，发生屈服现象。工程上常称下屈 服强度为材料的屈服极限，用。s表示材料屈服时，在光滑试样表面可以观察到与轴线成45的纹线， 称为滑移线3）、强化阶段（cd段）材料晶格重组后，又增加了抵抗

24、变形的能力，要使试件继续伸长 就必须再增加拉力，这阶段称为强化阶段曲线最高点d处的应力，称为强度极限（。）冷作硬化现象，在强化阶段某一点f处，缓慢卸载，则试样的应力- 应变曲线会沿着fs回到Oi点。冷作硬化使材料的弹性强度提高，而 塑性降低的现象4）、局部变形阶段试样变形集中到某一局部区域，由于该区域横截面的收缩，形成 了图示的“颈缩”现象。最后在“颈缩”处被拉断。代表材料强度 性能的主要指标：屈服极限。s和强度极限Ob可以测得表示材料塑性变形能力的两个指标：伸长率和断面收缩率。（1）伸长率b = xlOO%I低碳钢的伸长率约为（2630） % 525% 的材料称为塑性材料（钢、 铝、化纤等）

25、；b5%的材料称为脆性材料（灰铸铁、玻璃、陶瓷、混凝土等）。A - A（2）断面收缩率1/=-3x100%低碳钢的断面收缩率约得50%60%左右.二、其它材料拉伸时的力学性能灰口铸铁是典型的脆性材料，其应力-应变图是一微弯的曲线，如图示没有明显的直线。无屈服现象，拉断时变形很小，其伸长率5Vl强度指标只有强度极限。b对于没有明显屈服阶段的塑性材 料，通常以产生0.2%的塑性应变所对应的应力值作为屈服极限称为名义屈服极 限，用3 0。2表示。三、材料压缩时的力学性能1、金属材料的压缩试样，一般制成短圆柱形，圆柱的高度约为直径的1.5 3倍，试样的上下平面有平行度和光洁度的要求。2、非金属材料，如

26、混凝土、石料等通常制成正方形。低碳钢是塑性材料，压 缩时的应力-应变图，如图示。在屈服以前，压缩时的曲线和拉伸时的曲线基本重合，屈服以后随着压力 的增大，试样被压成“鼓形”，最后被压成“薄饼”而不发生断裂，所以低碳钢 压缩时无强度极限。如图示，试样在较小变形时突然 （约为3 6倍），破坏断面与横3、铸铁是脆性材料，压缩时的应力-应变图, 破坏，压缩时的强度极限远高于拉伸强度极限 截面大致成45的倾角。铸铁压缩破坏属于剪切破坏。4、建筑专业用的混凝土，压缩时的应力-应变图，如图示。四、塑性和脆性材料力学性能的比较1、强度方面塑性材料拉伸和压缩时的弹性极限、屈服极限基本相同。脆性材料压缩时的强度极

27、限远比拉伸时大，因此一般适合于受压构件。塑性材料 在应力超过弹性极限后有屈服现象而脆性材料没有屈服现象，破坏是突然的。2、变形方面塑性材料的6和3都比较大，构件破坏前有较大的塑性变形,材料的可塑料性大;便于加工和安装时的矫正。脆性材料的5和6都比较小，难于加工，在安装时的矫正中容量产生裂纹和损坏。教 案编号：版本：流水号：23（14周）科目建筑力学班级建筑1329授课日期2013-12-4课题轴向拉（压）杆的强度条件及其应用课时授课方式讲解辅助教具学 习 目 标1、理解什么是轴向拉（压）杆的强度条件、容许应 力、安全系数的含义2、掌握利用强度条件式解决轴向拉（压）杆强度计 算的三个方面的问题作

28、业布置重占利用强度条件式解决轴向拉（压）杆强度计算的三个方面的问题难点利用强度条件式解决轴向拉（压）杆强度计算的三个方面的问题教 学 回 顾审阅签名:审阅日期:授课教师:提交日期:教学过程教学环节教师活动学生活动资源准备课前准备备课做课件导入任务利用强度条件可以求解三类不同的问 题分析任务本次课着重如何利用强度条件可以求 解三类不同的问题相关知识材料力学任务实施师生评议小结反思一、材料的极限应力1、塑性材料，当应力达到屈服极限时，构件已发生明显的塑性变形，影响其正 常工作，称之为失效，此把屈服极限作为塑性材料的极限应力。2、脆性材料，直到断裂也无明显的塑性变形，断裂是失效的唯一标志，因而把 强

29、度极限作为脆性材料的极限应力。3、极限应力用。表示对塑性材。二。 对塑性材。=。匕二、许用应力和安全系数1、许用应力把极限应力除以一个大于1的因数，得到的应力值称为许用应力用。表示。=o/K式中K是一个大于1的系数，称为安全系数2、安全系数选用过大，设计的构件过于安全，会造成用料过多。安全系数选用过小，安全储备减少，构件偏于危险。3、工程中安全因数n的取值范围由国家标准规定，一般不能任意改变。对于脆性材料。=。/卜Kb =2. 53.0对于脆性材料0/KsKs =1. 41.7三、轴向拉压杆的强度条件和强度计算1、强度条件为了保障构件安全工作，构件内最大工作应力必须小于许用应力。MAX二N/A

30、W。这个式子称为拉压杆的强度条件.2、利用强度条件可以解决的三类问题1）、强度校核在已知拉压杆的形状、尺寸和许用应力及受力情况下，检验构件能否满足上 述强度条件，以判别构件能否安全工作。如计算得。max=N/A W 。则满足要求。2）、设计截面：已知拉压杆所受的载荷及所用材料许用应力，根据强度条件设计 截面的形状和尺寸，表达式为：A2N/。3、计算许用载荷：已知拉压杆的截面尺寸及所用材料的许用应力，计算杆件所 能承受的许可轴力，再根据此轴力计算许用载荷，表达式为：N WA o 求许可载荷 Fx=0-F nabC o s 3 0-Fnac=OFnac二FnabCos30=-1. 732 Fp例题1已知：一个三角架，AB杆由两根80X80X7等边角钢组成，横截面积 为A1,长度为2 m, AC杆由两根10号槽刚组成，横截面积为A2,钢材为3号钢，容许应力o=120MPa 解：（1）对A节点受力分析： LFy=0 FNABsin30-FP=0 Fnab= Fp /sin30=2 Fp