與力學要求有關(guān)的12條結(jié)構(gòu)設(shè)計準則

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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。

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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(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。

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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�,�,；

4）加預壓內(nèi)應(yīng)力；

5）避免力流突然轉(zhuǎn)彎,；

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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,。

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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(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,。

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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,。

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(diào)

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
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