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机械基础教案
篇一:构件的内力特性
教 案
课 题：平面机构中拉压构件的内力计算
授课教师：
授课时间： 星期五
授课班级：09级机械加工中专班
授课类型：新授
教学目标：掌握截面法计算构件内力，并能对其进行强度计算，来确定
构件的截面尺寸和外形尺寸。
教学重点：利用截面法计算构件内力，以及如何绘制轴力图。
教学难点：通过构件内力大小，进行强度计算来确定构件的截面尺寸和
外形尺寸。
主要教学方法：讲解、举例
教学过程及内容：
查问与导入新课：
1、平面任意力系的平衡方程表达式和含义？利用其求机构中构件的
受力及支座反力的常用方法是什么？
2、机构压力角α如何确定，以及死点位置如何理解？
上节主要讲了机构在外力作用下，利用平面任意力系的平衡方程
式求解机构中构件的受力及支座反力，只是对构件上受力分析的定量
计算；其次，讲解了机构压力角α、死点位置及机构自锁。今天将讲
授平面机构中拉压构件的强度和变形计算，以确定构件的截面尺寸和
外形尺寸。
讲授新课：
一、轴向拉伸和轴向压缩概述
平面连杆机构中作为二力构件的连杆，若不计
自重和惯性力且为直杆时，其必受到轴向拉伸和轴
向压缩的作用。如内燃机的连杆，在燃气爆发冲程
中受压。此外，如液压传动中的活塞杆，在油压和
工作阻力下受拉，如图1所示。 图1
这些受拉伸和压缩的构件的结构和形状各有差异也并不相同，但
若把构件形状和受力情况进行抽象化，均可画成图2所示的受力简图。
它们的共同特点是：作用于构件上的外力合力作用线与构件的轴线重合，构件的变形是沿轴线方向的伸长和缩短，图2中用实线表示构件
受力前的外形，虚线表示受力后的外形。这种变形形式称为轴向拉伸
（图2-a）和轴向压缩（图2-b）。
图2-a 轴向拉伸
图2-b 轴向压缩
二、内力、截面法和轴力（轴力图）
1、附加内力（简称内力）的定义：当构件在外力作用下，发生了变形，
构件内各部分之间相互作用的力也将随之改变，这种有外力作用而引构件的内力特性。
起构件内部相互作用的力。
2、内力的特性：随外力的增大而增大，当其达到某一限度时就会引起构
件破坏。由于以上特性，要对构件进行强度计算，必须先计算外力作用下构件的内力。
3、内力计算的方法：截面法，一般分为“切、去、代、平”四个步骤，
具体如下：(1)切：欲求某一截面内力时，沿该截面假想把构件切为两部分；（2）去：舍去其中一部分，以留下部分为研究对象；（3）代：用作用于截面上的内力代替舍去部分对留下部分的作用；（4）平：用留下部分的平衡条件，建立力系平衡方程式求出未知内力。
4、举例说明和应用截面法计算构件的内力
例题1：如图3所示为一截面直杆，两端受拉力F=1000N而平衡，求
截面m-m上的内力。
解：（1）沿m-m截面假想把直杆切为两部分，如图a；
（2）舍去右端，取左端为研究对象，如图b；
（3）因为原杆处于平衡状态，为使左端部分仍处于平衡，应在m-m
截面加一内力FN，如图b；
（4）由ΣFx=0 即：FN-F=0 故: FN=F=1000N
图3 例题1图
▲ 轴力的方向判别：（1）轴力的方向与截面的外法线方向相同为正，相
反为负；（2）构件受拉时为正，受压时为负。
例题2：如图4所示为等截面杆，A、B、C三点分别由F1=10N，F2=30N,
F3=20N三力作用而处于平衡。求横截面1-1、2-2上的轴力。
图4 例题2图
解：（1）求截面1-1的轴力
1）沿1-1截面假想把直杆切为两部分，如图a；
2）舍去左端，取右端为研究对象，如图b；
3）在截面上以轴力FN1代替舍去部分对研究部分的作用，如图b；
4）对研究对象列出平衡方程式ΣFx=0，即F2-F3-FN1=0，
解得FN1= F2-F3=（30-20）N=10N
（2）求截面2-2上的轴力
1）沿2-2截面假想把直杆切为两部分，如图a；
2）舍去右端，取左端为研究对象，如图c；
3）在截面上以轴力FN2代替舍去部分对研究部分的作用，如图c；
4）对研究对象列出平衡方程式ΣFx=0，即FN2+F2-F1- =0，
解得FN2= F1-F2=（10-30）N=-20N
▲ 轴力图的绘制方法：（1）取平行于杆轴线的x轴的坐标为横截面位置，取垂直于x轴的坐标为横截面的轴力；（2）一般把正的轴力画在x轴上方，负的轴力画在x轴下方，如图d。
板书设计：
平面机构中拉压构件的强度和变形计算
一、轴向拉伸和轴向压缩概述
二、内力、截面法和轴力（轴力图）
1、附加内力（简称内力）的定义
2、内力的特性
3、内力计算的方法：截面法
4、举例说明和应用截面法计算构件的内力
小 结：本节课主要讲了利用截面法计算构件内力，以及绘制截面轴力图等内容，截面法求解内力主要有四个步骤“切、去、代、平”，注意要理解各步骤的理解。
布置作业：P65 2-14、2-15
结构内力与构件设计试题(B)
篇二:构件的内力特性
二、简答题：（每题10分：10*3=30分） 1、简述平面几何不变体系的简单组成规则。 2、简述适筋梁从加载到破坏的全过程。
3、简述预应力张拉过程中都有哪些预应力损失及减少各项损失的措施。
三、作图题：（每题10分：10*2=20分）
1、画出AB梁的受力图。
2、作下列物体的受力图。（物体重量除图上已注明者外，均略去不计。假设接触处都是光滑的。）
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四、计算题：（共4题：总计35分）
1、 试求图示各杆1-1、2-2、3-3截面的轴力， 并作轴力图。
2、一个矩形截面梁，梁上作用均布荷载，已知：l=4m，b=14cm，h=21cm，
q=2kN/m，弯曲时木材的容许应力????1.1?104
kPa，试校核梁的强度。
3、某承受均布荷载的简支梁，截面尺寸构件的内力特性。
b×h = 250×400，梁内最大剪力设计值 V ＝ 106 KN，梁内纵筋为一排，混凝土强度等级为 C20，箍筋采用Ⅰ级(HPB235)钢筋,求梁内所需的箍筋数量。
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结构内力与构件设计试题（A）
参考答案
一、填空题：(每空1分:1*15=15分) 1、钢筋和混凝土 2、相反
3、?FX?0,?FY?0
4、主矢和主矩都不为零、主矢为零主矩不为零、主矢不为零主矩为零、主矢和主矩都为零 5、受拉、受压 6、徐变 7、悬臂梁 8、95%
9、受拉筋先屈服，随之受压区混凝土压坏 10、40KN
二、简答题：(每题5分:5*3=15分)
1、何谓静定结构和超静定结构？其主要特征有何区别？
答：静定结构:研究对象未知力数目等于对应的平衡方程数目时,未知量均可由
平衡方程求得.构件的内力特性。
静定结构特征:
(1) 几何组成方面,静定结构是没有多余连系的几何不变体系,.
(2) 静力计算方面,静定结构的全部反力和内力都可由静力平衡方程求得,且
为确定的值;
(3)静定结构没有多余连系,它在支座移动,温度改变和制造误差等因素影
响下不会产生反力和内力.
超静定结构:研究对象的未知量数目多于对应的平衡方程数目,且结构的支
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承反力和内力只用静力平衡方程不能求出,此类结构为超净定结构. 超静定结构特征：
(1)几何组成方面，超静定结构跟静定结构一样，必须是几何不变的，但是超静定结构是具有多余连系的几何不变体系；
(2)超静定结构即使不受外荷载的作用，如果发生温度变化，支座位移，材料收缩和构件制造误差等情况，也会引起支承反力和构件内力； (3)在超静定结构中各部分的内力和支承反力与结构各部分的材料、截面尺寸、和形状有关；
(4)从结构的内力分析来看，超静定结构比静定结构均匀，内力峰值极小。
2、钢筋混凝土梁正截面有哪几种破坏形态?各有何特点？ 钢筋混凝土梁正截面有适筋破坏、超筋破坏和少筋破坏三种。 其各自特点为：
1） 适筋破坏：从屈服弯矩My到极限弯矩MU有一个较长的变形过程，钢筋屈服处的临界裂缝急剧开展和挠度急速增长，将给人以明显的破坏预兆，具有延性破坏的特征。
2） 超筋破坏：钢筋在梁破坏前仍处于弹性阶段尚未屈服，所以钢筋伸长不多，没有形成一条集中的临界裂缝，裂缝分布比较细密，挠度不大，没有明显的预兆，具有脆性破坏的特征。
3） 少筋破坏：受拉混凝土“一裂即坏”，构件由于钢筋应力突增且迅速屈服导致裂缝过宽或挠度过大而失效，破坏时仅出现一条很宽的集中裂缝，沿梁高延伸很高，受压区混凝土虽未压碎但已经失效，破坏十分突然，属于脆性破坏。
3、简述何为混凝土的徐变,产生徐变的原因及如何避免徐变。 答：徐变：混凝图土在长期荷载作用下，应变会随着时间的增加而增长的现象。
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