
- •1. Основные понятия и положения 11
- •2. Центральное растяжение и сжатие стержня 17
- •3. Геометрические характеристики плоских сечений 42
- •4. Кручение 49
- •5. Изгиб стержней 57
- •Introduction 173
- •1. Basic concepts and principles 175
- •2. Tension and compression of a bar 181
- •3. Geometric characteristics of cross sections 202
- •4. Torsion 208
- •5. Bending of bars 216
- •Index 405 введение
- •1. Основные понятия и положения
- •1.1. Задачи сопротивления материалов, основные гипотезы и допущения
- •1.2. Типы нагрузок и деформаций
- •1.3. Определение внутренних усилий методом сечений. Напряжения
- •2. Центральное растяжение и сжатие стержня
- •2.1. Напряжения и продольная деформация при растяжении и сжатии
- •2.2. Закон Гука при растяжении и сжатии
- •2.3. Поперечная деформация при растяжении и сжатии
- •2.4. Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали
- •2.5. Потенциальная энергия деформации при растяжении
- •2.6. Расчеты на прочность при растяжении и сжатии
- •2.7. Статически неопределимые задачи
- •2.8. Напряжения в наклонных сечениях при растяжении (сжатии) в одном направлении
- •2.9. Закон парности касательных напряжений
- •2.10. Определение напряжений в наклонных сечениях при растяжении (сжатии) в двух направлениях
- •2.11. Определение главных напряжений и положения главных площадок
- •2.12. Зависимость между деформациями и напряжениями при плоском и объемном напряженных состояниях (обобщенный закон Гука)
- •2.13. Работа внешних и внутренних сил при растяжении (сжатии). Потенциальная энергия деформации
- •3. Геометрические характеристики плоских сечений
- •3.1. Статический момент площади
- •3.2. Полярный момент инерции
- •3.3. Осевой момент инерции
- •3.4. Момент инерции при параллельном переносе осей
- •3.5. Главные оси и главные моменты инерции
- •4. Кручение
- •4.1. Определение крутящего момента
- •4.2. Определение напряжений в стержнях круглого сечения
- •4.3. Деформации и перемещения при кручении валов
- •4.4. Потенциальная энергия при кручении
- •5. Изгиб стержней
- •5.1. Типы опор балок
- •5.2. Определение опорных реакций
- •5.3. Определение внутренних усилий при изгибе
- •5.4. Правило знаков для изгибающих моментов и поперечных сил
- •5.5. Дифференциальные зависимости при изгибе
- •5.6. Построение эпюр изгибающих моментов и поперечных сил
- •5.7. Определение нормальных напряжений
- •5.8. Условия прочности по нормальным напряжениям
- •5.9. Потенциальная энергия деформации при изгибе
- •5.10. Теорема о взаимности работ. Теорема о взаимности перемещений
- •5.11. Определение перемещений методом Мора
- •6. Теории прочности
- •6.1. Назначение гипотез прочности
- •6.2. Первая гипотеза прочности
- •6.3. Вторая и третья гипотезы прочности
- •6.4. Энергетические гипотезы прочности
- •7. Сложное сопротивление
- •7.1. Изгиб в двух плоскостях (косой изгиб)
- •7.2. Изгиб с растяжением (сжатием)
- •7.3. Внецентренное сжатие (растяжение)
- •7.4. Кручение с изгибом
- •7.5. Кручение с растяжением (сжатием)
- •7.6. Пример расчета вала на изгиб с кручением
- •8. Расчет тонкостенных сосудов
- •9. Расчет сжатых стержней на устойчивость (продольный изгиб)
- •9.1. Устойчивые и неустойчивые формы равновесия
- •9.2. Формула Эйлера для критической силы
- •9.3. Влияние способа закрепления концов стержня на критическую силу
- •9.4. Пределы применимости формулы Эйлера
- •9.5. Эмпирические формулы для определения критических напряжений
- •9.6. Практическая формула для расчета на устойчивость
- •10. Динамическое действие нагрузок
- •10.1. Динамические нагрузки
- •10.2. Вычисление напряжений при равноускоренном движении
- •10.3. Определение перемещений и напряжений при ударе
- •11. Расчет на прочность при напряжениях, циклически изменяющихся во времени (расчет на усталость)
- •11.1. Основные определения
- •11.2. Кривая усталости при симметричном цикле. Предел выносливости
- •11.3. Диаграммы предельных напряжений и амплитуд цикла
- •11.4. Факторы, влияющие на предел выносливости
- •11.5. Определение коэффициента запаса прочности при симметричном цикле
- •11.6. Определение коэффициента запаса прочности при асимметричном цикле напряжений
- •Предположим, что при увеличении нагрузки на деталь отношение Такое нагружение называется простым.
- •11.7. Практические меры повышения сопротивления усталости
- •Практикум Лабораторная работа № 1
- •Введение
- •Установка
- •Порядок выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № 2
- •Введение
- •Установка
- •Порядок выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № 3
- •Введение
- •Установка
- •Порядок выполнения
- •Introduction
- •Basic concepts and principles
- •Tasks, main hypothesis and assumptions of the strength of materials
- •1.2. Types of loads and deformations
- •1.3. Determining the internal forces by the method of sections. Stresses
- •2. Tension and compression of a bar
- •2.1. Stresses and a longitudinal deformation in tension and compression
- •2.2. Hooke,s law in tension and compression
- •2.3. The transverse deformation in tension and compression
- •2.4. The tension diagram of the lowcarbon steel
- •2.5. The potential deformation energy in tension
- •2.6. Strength calculation in tension and compression
- •2.7. Statically indeterminate problems
- •2.8. Stresses at inclined sections under tension (compression) in one direction
- •2.9. Law of the shearing stresses couple
- •2.10. Determination of stresses at the inclined sections in tension (compression) in two directions
- •2.11. Determining the principal stresses and the principal planes position
- •2.12. The relation between the deformations and the stresses for the plane and general stresses (a general form of Hook’s law)
- •2.13. The work of the external and internal forces in tension (compression). Strain energy
- •3. Geometric characteristics of cross sections
- •3.1. First moment of an area
- •3.2. Polar moment of inertia
- •3.3. Axial moment of inertia
- •3.4. The moment of inertia at parallel displacement of axis
- •3.5. Principal axes and principal moment of inertia
- •4. Torsion
- •4.1. Determining the twisting moment
- •4.2. Determining the stresses in the round section bar
- •4.3. The deformations and displacements in the shaft torsion
- •4.4. Internal strain energy in torsion
- •5. Bending of bars
- •5.1. Types of the beam support
- •5.2. Determining the support reactions
- •5.3. Determining the internal stresses in bending
- •5.4. The sign rule for the bending moments and the shearing forces
- •5.5. The differential relationships in bending
- •I.E. The intensity of the distributed load is equal to the derivative of the shearing force with respect to the bar section abscissa.
- •I.E. The shearing force is equal to the derivative of the bending moment with respect to the bar section abscissa.
- •I.E. The second derivative of the bending moment with respect to the bar section abscissa is equal to the intensity of the distributed load.
- •5.6. Drawing bending moment and shearing force diagrams
- •5.7. Determining the normal stress
- •5.8. Strength conditions with normal stresses
- •5.9. Strain energy in bending
- •5.10. Betty’s reciprocal theorem. Reciprocal displacement theorem
- •5.11. Determining displacements by Mohr’s method
- •6. Strengtn theory
- •6.1. The purpose of strength hypotheses
- •6.2. The first strength hypothesis
- •6.3. The second and third strength hypotheses
- •6.4. The energy hypotheses of strength
- •7. Combined stress
- •7.1. Bending in two planes (non-uniplanar bending)
- •7.2. Combined axial tension (compression) and bending
- •7.3. Eceentrical tension (compression)
- •7.4. Combined torsion and bending
- •7.5. Combined torsion and compression
- •7.6. Example of the shaft calculation in bending with torsion
- •8. Calculation of the thin-walled vessels
- •9. Stability analysis of the bars in compression (buckling)
- •9.1. Stable and unstable equilibrium forms
- •9.2. Euler’s formula for the critical force
- •9.3. Influence of bar end conditions on the critical force
- •9.4. Applicability limits of of Euler’s formula
- •9.5. Empirical formula for determining the critical stresses
- •9.6. The practical formula for the stability analysis
- •10. Dynamic load action
- •10.1. Dynamic load
- •10.2. Calculating stresses under the uniformly accelerated motion
- •10.3. Determining displacements and stresses under the impact
- •11. Stress analysis under the stresses changing cyclically in time
- •11.1. Basic definitions
- •11.2. Fatigue (Wohler’s) curve under the symmetrical cycle. Fatigue strength
- •11.3. The limit stress diagram and the cycle amplitude
- •11.4. Factors influencing on the fatigue strength
- •11.5. Determining the factor of safety under the symmetrical cycle
- •11.6. Determining the factor of safety under the asymmetrical stress cycle
- •11.7. Practical measures to increase the fatigue strength
- •Practicum Laboratory work № 1
- •Introduction
- •Installation
- •Test specimens
- •Test questions
- •Literature
- •Laboratory work № 2
- •Introduction
- •Installation
- •Test questions
- •Literature
- •Laboratory work № 3
- •Introduction
- •Installation
- •Individual task report
- •Test questions
- •Literature
- •Англо-русский терминологический словарь
- •Список фамилий ученых
- •Greek alphabet
- •Сокращения
- •Единицы измерения
- •Список наиболее употребительных знаков
- •Список использованной литературы
- •Алфавитный указатель
- •Сопротивление материалов
- •625000, Тюмень, ул. Володарского, 38.
- •625039, Г. Тюмень, ул. Киевская, 52
4. Torsion
4.1. Determining the twisting moment
The bar is in torsion if the twisting moment arisies on its cross sections i.e. the moments applied in the section plane. Usually, the twisting moments T set up under the action of the external moment (Fig. 4.1). The shaft is subjected to the action of the external moments, as a rule, in the place where there are pulleys, gear wheels and so on.
Fig. 4.1.
The bars being in torsion and rotation are called the shafts.
We shall use mainly the plane representation except axonometric as a simpler one. We shall represent torques and twisting moments in the form of the line with two circles. Put the point in one of them defining the arrow origin (directed to us) and the other one - the cross directed from us (Fig. 4.2).
To determine the twisting moments T arising at the shaft sections under the action of the torques or the transverse load we shall apply the method of section. Let us mentally make the section of the bar (Fig. 4.2), for example a - a, then remove one part of it, in this case the left one and consider the equilibrium of the remaining portion. The interaction of the bar portion is replaced by the twisting moment T balancing the torque . For equilibrium of the cut portion there must be the sum of all moments acting on it equal to zero. Hence for the case considered
If some torques act on the cut portion, we can be convinced of the reasoning in analogy that the twisting moment for any section is defined to be the algebraic sum of the moment of the applied couples that lie to one side of the section in question.
Fig. 4.2.
To represent vividly the distribution character and the values of the twisting moments along the length of the bar there are drawn the diagrams of the moments. Their plots are analogous to the diagrams of the normal force under tension or compression. It is necessary to agree upon the sign rules to draw the diagrams. There is no universally recognized sign rule of the twisting moment. Any sign rule can be accepted. The accepted rule must be kept for all diagrams.
Fig. 4.3.
Let us accept the following sign rule (Fig. 4.3). The twisting moment for the section a – a is considered positive when the torque rotates the cut portion anti – clockwise looking at the section of the cut portion. If the torque rotates the cut portion clockwise (lookig at the section), the twisting moment is considered negative. We shall explain the drawing of the twisting moment diagram by the following example (Fig.4.4). Let us consider the shaft CD supported by the bearings B and A and being in the equilibrium under the action applied to the moment in the sections E, K and L.
Let us do the section a – a on the portion between D and L and considering a free – body diagram of the right shaft in equilibrium, we get convinced that T=0. If we do the section b – b in any part of the region LK, we get T=20 kNm from the equilibrium of a free – body diagram of the right shaft.
The moment is considered positive in agreement with the accepted sign rule. When by making the section c – c in the region KE, we get 20 – 30 – T=0 from the equilibrium of a free – body diagram of the right shaft, hence T= -10 kNm.
Fig. 4.4.
Fig. 4.4.
This diagram has the shape of two rectangles. It must be noted that the diagram ordinates have an abrupt jump of the torque value at the point where the couple is applied.