平面应力状态下斜截面上的应力、主应力、最大切应力及应力圆

平面应力状态下斜截面上的应力主应力最大切应力及应力圆

斜面上的应力

(σατα)

主应力(σ1σ2σ3)

及主方向角(α0)

最大切应力(τmax)

及其位置(β)

  

两轴应力状态(一般情况)

(1)主平面——单元体上切应力为零的平面

(2)主方向角——主平面的法线方向角称为方向角

(3)主应力——主平面上的正应力称为主应力,分别用σ1σ2σ3表示,其大小按代数值顺序排列为σ1σ2σ3

(4)作用于受力构件某点单元体上的受力图如下

 

σxσy——单元体上的正应力

τx——单元体上的切应力

α——斜截面de与截面ad间的夹角其转向由x轴起量逆时针转为正反之为负

σατα——斜截面上的应力

α0——主应力α1x轴的夹角σ1的方向叫主方向

β——最大切应力τmax作用面法线与x轴的夹角,即τmax作用面的位置,与主平面相差±45°

单轴应力状态

 

实例

两轴应力状态(纯剪)

σα-τxsin2α

τατxcos2α

σ1σmaxτx

σ20

σ3αmin-τx

α0-45°

 

两轴应力状态(已知主平面上的应力)σ1σ2

同上

两轴应力状态(轴向拉()与纯剪切的合成)

平面应力状态单元体

单元体应力圆

应力圆的定义

σατα式中参变量消去可得到以σατα为变量的圆方程

σ-τ坐标系中以坐标为圆心为半径作圆即为应力圆。当已知单元体上所受应力σxσyτxτy则此两轴应力状态下任意斜面上的应力可由此应力圆上对应点的坐标求得

应力圆画法

(1)取直角坐标系σ为横轴τ为纵轴

(2)根据单元体abcd已知应力(σxτx)(σyτy)按一定比例尺定出AB两点注意应力正负应与坐标轴正负向一致

(3)AB两点的直线交σ轴于CC为圆心CA为半径作圆此圆即为单元体的应力圆

应力圆性质

(1)应力圆上任一点的坐标值必对应于单元体某一截面上的应力如应力圆上的F点对应于单元体de面上的应力σατα

(2)应力圆上任意两点所夹的圆心角对应于单元体上与该两点相对应截面外法线的夹角α它们转向相同大小差两倍

(3)应力圆上的起量基点与单元体上的起量基面相对应如应力圆上A(σxτx)为起量基点则单元体上与A点相对应的截面bc为起量基面

由应力圆上量得斜截面上的应力为σαOGταFG。主应力σ1ODσ2OE主方向。最大、最小切应力为τmaxCMτminCN其作用面位置为

1.表中各式所表示的应力都设为正若按表所列公式算出的某应力值或偏转角为负则其方向与图中表示的方向相反。

2.应用举例(如图1所示)某设备主轴已知在S-S截面上由额定扭矩引起的切应力τ1650N/cm2主轴自重引起的弯曲正应力σ2500N/cm2S-S截面上危险点C的主应力及最大切应力。并进行强度校核

                     

1                                         2

解 在危险点C取单元体其上作用有切应力τx1650N/cm2正应力σx2500N/cm2如图2a

 

(1)解析法

求出最大主应力和最大切应力后可按第三强度理论进行强度校核(许用应力)

(2)图解法σ-τ坐标选取一定的比例尺OKσx2500N/cm2AKτx1650N/cm2Aσy0OBτy-1650N/cm2B连接ABσ轴于CC点为圆心、CA为半径作圆此圆即为所取单元体的应力圆如图2b从应力圆上可以按比例尺直接量得

σ1OD3320N/cm2σ20σ3OE-820N/cm22α0=∠ACD-52.α0-26.τmaxCM2070N/cm2