與力學要求有關的12條結構設計準則

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結構設計準則：

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構上，均勻分布最為理想。

    結構的強度取決于結構中的最大應力，可見，使結構受載均勻能達到提高其強度即承載能力的目的。

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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，對應的彎曲應力也就越小，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）到結構支撐點（力的出口）的距離盡可能短。

    相關工程應用實例：

1）齒輪軸上的齒輪，當結構設計容許時，應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%，這樣講結構的承載能力一下提高了5倍。

3、降低缺口效應準則：

    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，應力急劇上升，這種現象稱為缺口效應。

    截面尺寸變化越急劇，缺口頂部倒角越小，缺口效應越強。

    缺口效應不僅和缺口的幾何形狀有關，也和構件的受力狀況有關，因為缺口效應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哂導罰即應力水平上升。

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

    減少缺口效應的方法：

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）加預壓內應力；

5）避免力流突然轉彎；

4、變形協調準則：

    應力集中不僅出現在一個構件內部的缺口處，也可能出現在兩個不同構件Ы喲ゴΓ當一個構件和另一個構件在接觸處難以同步變形時，應力會急劇上升，這種變形越不協調，應力集中就越嚴重。

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

5、等強度準則：

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

    最理想的構件設計是應力處處相等，同時達到材料的許用值，此即為等強度準則。

    工程中大量出現的變截面梁就是按照等強度準則而設計的。

    工程實例：

1）搖臂鉆的橫臂；

2）汽車用的板簧；

3）階梯軸;

    按照等強度準則設計構件時的注意要點：

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

2）要注意次要載荷的影響，而在一般設計時，它是可忽略不計的。

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

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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：

    彎曲應力或扭轉應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，應盡量將材料放在原理橫截面中心處，使其成為空心結構，從而可提高構件的強度和剛度，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。

空心結構的壁厚不能太薄，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

    受扭轉作用的薄壁構件的截面應盡量避免制成開口形狀（開口結構，抗扭剛度低。），否則，將大大降低其抗扭轉能力。

型鋼基本屬于薄壁開口構件，用于抗扭情況時，應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構作受扭構件，如卡車底盤，它由兩槽鋼通過橫板連接而組成，這時應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件的承載能力。

（1）當彎曲梁岬募中力矢量不經過橫截面上的扭轉中心時，會產生附加轉矩，因此，這種情況應盡量避免，對稱橫截面的扭轉中心就在其對稱面上，橫截面非對稱型鋼的扭轉中心可查型鋼幾何性質表，很多型鋼的扭轉中心在橫截面以外，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中心。

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

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10、受沖擊載荷結構柔性準則：

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

    工程應用實例：

    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。

    為了提高構件的抗沖擊能力，應降低系統(tǒng)的剛度，加大其柔性，此即為受沖擊載荷結構柔性準則。

    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徑相等，或在螺桿內鉆孔。

（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，木結構比鋼結構抗沖擊能力強。

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11、避免長壓桿失穩(wěn)準則：

    金屬構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構的材料還取決于其形狀。

    機械中有許多細長壓桿，例如千斤頂的螺桿，內燃機的連桿和車床的絲桿等，這些細長構件都不能按強度條件設計。

    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構件聯接時，應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失穩(wěn)，所以，應使各個縱向平面內的剛度相同或接近，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，所以應采用經濟的普通鋼。

12、熱變形自由準則：

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

    減低熱應力的根本措施是盡量保證熱變>的自由。

Tifalock

感謝分享

cyzy6388

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"

qiedaocai

感謝分享，通俗易懂。

無聊過客唱反調

好帖，收藏了

遠祥

學習了，感謝樓主分享！

微風過境

多謝

CHAOHU137

受教了