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弯曲构件的变形:中性面
20.18
对于具有均匀横截面的曲杆,沿截面的应变方程表明,其随到中性轴距离的变化呈非线性关系。
应用胡克定律可得到曲杆中产生的应力。与应变类似,应力也呈非线性变化,应力与中性轴距离的关系曲线呈双曲线。
此处,作用在截面上的所有基本力在静力学上等效于弯矩偶,其对横向 z 轴的合力矩给出了力矩的计算方程。
代入应力值并简化方程后,可得到从曲率中心 C 到中性面的距离关系式。结果表明,受弯曲作用的曲杆构件的中性面并不通过该截面的形心。
将弯矩表达式改写为用应力表示并进行积分后可知,无论曲杆形状如何,其中性面始终位于形心与曲率半径之间。
与直梁不同的是,弯曲梁横截面上的应力分布由于梁的曲率而使其变得不均匀。产生这种不均匀性的原因是由于应力为零的中性轴与横截面的质心不一致所导致的。在弯曲梁中,应变沿截面的变化能够用中性轴距离的函数来进行表示。
思考在上一节课程中所描述的弯曲构件。胡克定律能够将材料弹性极限内的应变与应力联系在一起,根据…