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標題: 與力學要求有關(guān)的12條結(jié)構(gòu)設(shè)計準則 [打印本頁]

作者: twq19810302 時間: 2022-3-31 10:11
標題: 與力學要求有關(guān)的12條結(jié)構(gòu)設(shè)計準則

結(jié)構(gòu)設(shè)計準則：

1、均勻受載準則：

盡量避免集中載荷，盡可能地將載荷分散在結(jié)構(gòu)上，均勻分布最為理想。

結(jié)構(gòu)的強度取決于結(jié)構(gòu)中的最大應(yīng)力，可見，使結(jié)構(gòu)受載均勻能達到提高其強度即承載能力的目的。

2、力流（類比水的流動）最短路徑準則：

力流最重要的特征是：力流優(yōu)先走較短路徑，更確切地說優(yōu)先走剛度最大的路徑。

保證力流的路徑較短，通常也可起到提高強度的目的，因此，力流路徑越接近直線，力所引起的附加彎矩越小，對應(yīng)的彎曲應(yīng)力也就越小，力線的直線形狀是最理想的受力狀態(tài)，力線偏離直線形狀越利害，應(yīng)力增加得越大。

力流最短路徑準則，即要求力從其作用點（力的入口）到結(jié)構(gòu)支撐點（力的出口）的距離盡可能短。

相關(guān)工程應(yīng)用實例：

1）齒輪軸上的齒輪，當結(jié)構(gòu)設(shè)計容許時，應(yīng)盡可能靠近軸承安裝；

2）車間行車要超載使用時，若盡量靠近軌道處起吊，則可使起重量增加一倍；

3）承受均布載荷的簡支梁，若把兩端的支座向里移動0.2L，則最大彎矩僅為前者的20%，這樣講結(jié)構(gòu)的承載能力一下提高了5倍。

3、降低缺口效應(yīng)準則：

缺口如：孔、槽、螺紋、臺肩等，這些外形突變進而引起力流突變處，應(yīng)力急劇上升，這種現(xiàn)象稱為缺口效應(yīng)。

截面尺寸變化越急劇，缺口頂部倒角越小，缺口效應(yīng)越強。

缺口效應(yīng)不僅和缺口的幾何形狀有關(guān)，也和構(gòu)件的受力狀況有關(guān)，因為缺口效應(yīng)的根本原因是由于力流被迫急劇改變其原來路徑，從而因力流搶近道引起在近道局Яο哂導(dǎo)罰即應(yīng)力水平上升。

缺口效應(yīng)的特點是局部性的，在靜載作用下，塑性材料因為具有屈服階段，對缺口效應(yīng)不敏感，脆性材料將易引起斷裂。

減少缺口效應(yīng)的方法：

1）避免外形突變；

2）降低缺口附件Ц斬齲

3）避免力流截面突然變小；

4）加預(yù)壓內(nèi)應(yīng)力；

5）避免力流突然轉(zhuǎn)彎；

4、變形協(xié)調(diào)準則：

應(yīng)力集中不僅出現(xiàn)在一個構(gòu)件內(nèi)部的缺口處，也可能出現(xiàn)在兩個不同構(gòu)件Ы喲ゴΓ當一個構(gòu)件和另一個構(gòu)件在接觸處難以同步變形時，應(yīng)力會急劇上升，這種變形越不協(xié)調(diào)，應(yīng)力集中就越嚴重。

在接觸處降低構(gòu)件在力流方向上的剛度，以便減少對另一構(gòu)件變形的阻礙，盡量使兩構(gòu)件變形同步，此即為變形協(xié)調(diào)準則。

5、等強度準則：

構(gòu)件設(shè)計中的強度要求是通過結(jié)構(gòu)中最大工作應(yīng)力等于或小于材料需用應(yīng)力來滿足的，這樣最大工作應(yīng)力截面以外的地方的應(yīng)力都未達到許用值，材料未得到充分利用，造成材料的浪費，構(gòu)件的笨重，高速運動的笨重件還多耗能。

最理想的構(gòu)件設(shè)計是應(yīng)力處處相等，同時達到材料的許用值，此即為等強度準則。

工程中大量出現(xiàn)的變截面梁就是按照等強度準則而設(shè)計的。

工程實例：

1）搖臂鉆的橫臂；

2）汽車用的板簧；

3）階梯軸;

按照等強度準則設(shè)計構(gòu)件時的注意要點：

1）要方便制造，嚴格按等強度準則設(shè)計的構(gòu)件的形狀通常很復(fù)雜，不便于制造，也不一定能滿足結(jié)構(gòu)上的要求，所以實際中往往制撓氳惹慷裙辜形狀相近的構(gòu)件；

2）要注意次要載荷的影響，而在一般設(shè)計時，它是可忽略不計的。

例如：按等強度準則設(shè)計懸臂梁截面時，僅考慮彎矩的作用是不夠的，若這樣在自由端，截面積應(yīng)為零，顯然不能滿足剪應(yīng)力強度條件，故應(yīng)按照切應(yīng)力強度條件確定自由端附近的截面高度。

6、附加力自平衡準則：

力自平衡的措施主要有兩種：平衡件和對稱安置。

7、空心截面準則：

彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在踅孛嬪隙際竊皆獨脛行腦醬螅而在橫截面中心很小，為了讓材料的到充分利用，應(yīng)盡量將材料放在原理橫截面中心處，使其成為空心結(jié)構(gòu)，從而可提高構(gòu)件的強度和剛度，這就是空心截面準則。

工程實例：

1）汽車傳動軸，強度相同時，實心軸與空心軸質(zhì)量之比為3，可見，采用空心軸可以節(jié)省大量材料，減輕自質(zhì)量。

2)截面積相等，但抗彎和抗扭剛度不同的截面形狀。

空心結(jié)構(gòu)的壁厚不能太薄，否則容易發(fā)生局部皺折而喪失其承載能力。

8、受扭截面封閉準幔

受扭轉(zhuǎn)作用的薄壁構(gòu)件的截面應(yīng)盡量避免制成開口形狀（開口結(jié)構(gòu)，抗扭剛度低。），否則，將大大降低其抗扭轉(zhuǎn)能力。

型鋼基本屬于薄壁開口構(gòu)件，用于抗扭情況時，應(yīng)將其加鋼板封閉或成對使用，保證橫截面封閉。

在實嶂校出于其他考慮，有時也使用開口薄壁結(jié)構(gòu)作受扭構(gòu)件，如卡車底盤，它由兩槽鋼通過橫板連接而組成，這時應(yīng)特別注意橫板的連接方式。

9、最佳著力點準則：

著力點的位置也會影響構(gòu)件的承載能力。

（1）當彎曲梁岬募中力矢量不經(jīng)過橫截面上的扭轉(zhuǎn)中心時，會產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，因此，這種情況應(yīng)盡量避免，對稱橫截面的扭轉(zhuǎn)中心就在其對稱面上，橫截面非對稱型鋼的扭轉(zhuǎn)中心可查型鋼幾何性質(zhì)表，很多型鋼的扭轉(zhuǎn)中心在橫截面以外，因此，要使這些型鋼處于僅受彎曲的狀態(tài)，必須加附件或成對使用崾沽κ噶烤過橫截面上的扭轉(zhuǎn)中心。

（2）多個力同時作用的結(jié)點，應(yīng)盡量使各力矢量交匯于一處，這樣可避免附加的彎矩，從而減低應(yīng)力水平。

10、受沖擊載荷結(jié)構(gòu)柔性準則：

通常，構(gòu)件越笨實，其剛度越大，強度越高，但這不盡然，受沖擊載荷作用的結(jié)構(gòu)，有時剛度增加反而導(dǎo)致其強度下降，這是因為，沖擊載荷隨著結(jié)構(gòu)剛度的增加也增大。

工程應(yīng)用實例：

砂輪在突然剎車時，軸受沖擊扭矩，加大軸的長度，其扭轉(zhuǎn)剛度下齲因沖擊扭矩隨之也下降，所以，軸的抗剪強度反而上升。

為了提高構(gòu)件的抗沖擊能力，應(yīng)降低系統(tǒng)的剛度，加大其柔性，此即為受沖擊載荷結(jié)構(gòu)柔性準則。

具體措施有：

（1）增加等截面桿的長度。如氣缸蓋螺栓；

（2）避免截面突變。對于螺栓為保證其等截面，常將光桿部分的直徑制成與螺紋的內(nèi)徑相等，或在螺桿內(nèi)鉆孔。

（3）安裝緩沖器，以吸收沖擊系統(tǒng)的能量。

（4）選用彈性模量小的材料。如，木結(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)抗沖擊能力強。

11、避免長壓桿失穩(wěn)準則：

金屬構(gòu)件就其材料的力學性能而言，受壓時比受拉時更安全，至少同樣安全。

鑄鐵的屈服點及其伸長率受壓時都比受拉時高，有時高達4~5倍。其他脆性材料的力學性能亦相似，但是金屬構(gòu)件受壓時并非總比受拉時更安全。

因為其承載能力不僅取決于結(jié)構(gòu)的材料還取決于其形狀。

機械中有許多細長壓桿，例如千斤頂?shù)穆輻U，內(nèi)燃機的連桿和車床的絲桿等，這些細長構(gòu)件都不能按強度條件設(shè)計。

提高壓桿的穩(wěn)定性，具體措施有：

（1）加大截面慣性矩。失穩(wěn)破壞表現(xiàn)為彎曲破壞，盡量將材料放在外緣。

（2）減少壓桿長度。若工作條件不允許，可采用增加中間支撐的辦法。

（3）加強支承的約束性。壓桿與其p構(gòu)件聯(lián)接時，應(yīng)盡可能作成剛性連接或采用較緊密的配合。

（4）截面形狀和約束方式的最優(yōu)組合。

壓桿總是在剛度小的縱向平面內(nèi)失穩(wěn)，所以，應(yīng)使各個縱向平面內(nèi)的剛度相同或接近，當壓桿兩端的支承是固定端或球鉸鏈時，采用圓形或方形較合理，當壓桿兩端的支承是柱鉸鏈時，則宜采用矩形或工字形截面。

（5）合理選擇材料。對于處于彈塑性階段的中小柔度桿，采用高強度鋼制造，可以提高其穩(wěn)定性；對于大柔度桿，用高強度鋼不能提高其穩(wěn)定性，所以應(yīng)采用經(jīng)濟的普通鋼。

12、熱變形自由準則：

金屬構(gòu)件具有熱脹冷縮的特點，當熱變形受限制時，則產(chǎn)生熱應(yīng)力，通過加大構(gòu)件橫截面尺寸的方法不能達到減低熱應(yīng)力的目的。（安裝和使用溫度不同）

減低熱應(yīng)力的根本措施是盡量保證熱變>的自由。

作者: Tifalock 時間: 2022-3-31 10:27
感謝分享

作者: cyzy6388 時間: 2022-3-31 10:58
謝謝分享！就是有幾個地方可能是輸入有問題，看不懂。如："踅孛嬪隙際竊皆獨脛行腦醬螅"，"往往制撓氳惹慷裙辜"

作者: qiedaocai 時間: 2022-3-31 11:52
感謝分享，通俗易懂。

作者: 無聊過客唱反調(diào) 時間: 2022-3-31 13:28
好帖，收藏了

作者: 遠祥 時間: 2022-4-3 20:10
學習了，感謝樓主分享！

作者: 微風過境 時間: 2022-4-9 13:22
多謝

作者: CHAOHU137 時間: 2022-6-24 08:26
受教了

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