杆件在外力作用下产生变形,其内部相互间的作用力称为内力。这种内力将随外力增加而增大。当内力增大到一定限度时,杆件就会发生破坏。内力是与构件的强度密切相关的,拉压杆上的内力又称为轴力。


将受外力作用的杆件假想地切开,用以显示内力的大小,并以平衡条件确定其合力的方法,称为截面法。它是分析杆件内力的唯一方法。


3-1

具体求法如下:

3-1所示为受拉杆件,假想沿裁面m-m 将杆件切开,分为Ⅰ和Ⅱ两段。取Ⅰ段为研究对象。在Ⅰ段的截面m-m上到处都作用着内力,其合力为FN。FNⅡ段对Ⅰ段的作用力,并与外力F相平衡。由于外力F的作用线沿杆件轴线,显然,截面m-m上内力的合力也必然沿杆件轴线。据此,可列出其平衡方程:

FN-F=0

 

FN=F

综上所述,求杆件内力的方法—截面法可概述如下

①截:在需求内力的截面处,沿该截面假想地把构件切开。

②取:选取其中一部分为研究对象。

③代:将弃去部分对研究对象的作用,以截面上的未知内力来代替。

④平:根据研究对象的平衡条件,建立平衡方程,以确定未知内力的大小和方向。


3-1 如图3-2a所示,设一杆沿轴线同时受力F1F2F3的作用,其作用点分别为A、C、B,求杆各横截面上的轴力。


3-2

解 由于杆上有三个外力, 因此在AC段和CB段的横截面上将有不同的轴力。

如图3-2b在AC段内的任意处以横截面1-1将杆截为两段,取左段为研究对象,将右段对左段的作用以内力FN1代替。由平衡条件可知FN1必与杆的轴线重合,方向与F1相反,为拉力。并由平衡方程

∑FX=0,FN1-F1=0

FN1=F1=2kN

这就是AC段内任一横截面上的内力。

同样用横截面2- 2将杆截开,仍取左段为研究对象,如图3-20所示,由平衡方程

∑FX=0,FN2-F1+F2=0

FN2=F1-F2=(2-3)kN=-kN

结果中的负号说明,该截面上内力的方向应与原设的方向相反,即FN2为压力,其值为1 kN,此即CB段内任一橫截面上的内力。



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内力与截面法
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