机械工程手册 第19篇 机械结构强度 试用本PDF电子书下载

目录 2

编辑说明 2

常用符号表 2

第1章　机械结构的力学模型 2

1 机械结构力学模型的建立 2

2 机械结构力学模型举例 4

2.1 水轮机主轴法兰应力分析 4

2.2　大型汽轮机转子应力分析 5

2.4　含裂纹构件的力学分析 6

2.3　钢丝缠绕式压力机架应力分析 6

3　建立力学模型常用的几个原理和概念 7

3.1　叠加原理 7

3.2　局部静力等效力系与局部作用原理 7

3.3　关于唯一性原理的说明 8

3.4　对称与反对称性的利用 8

第2章　弹塑性分析公式 9

1 应力 9

1.1　一点的应力状态 9

1.2　应力偏量 10

1.3　有关应力参量表 10

2.1　小变形应变 11

2 应变 11

2.2　应变协调方程 12

2.3　应变偏量 12

2.4　小变形应变参量表 13

2.5　有限变形 13

3 应力应变关系 13

3.1　各向同性线弹性材料的应力应变关系 13

3.2　弹性应力应变关系的能量概念 15

3.3　塑性条件和屈服面 15

3.4　塑性应力应变关系 16

4.2　其它常用座标系内的平衡方程和几何方程 17

4 弹性理论的基本方程和边界条件（空间问题） 17

4.1　弹性理论的基本方程 17

4.3　边界条件 18

4.4　按应力求解问题——力法 19

4.5　按位移求解问题——位移法 19

5　平面问题的基本方程和边界条件 19

5.1　平面应力问题 19

5.2　平面应变问题 20

5.3　平面问题的基本方程 20

5.4　边界条件 20

6　二维、三维问题常用应力应变公式 21

5.5　平面问题基本方程及应力函数的极座标表达式 21

7 等直杆扭转应力应变公式 25

8 弹塑性理论基本方程和边界条件的矩阵表达 26

8.1　符号说明 26

8.2　矢量、弹性矩阵、运算矩阵 26

8.3　弹性理论基本方程的矩阵表达 27

8.4　塑性应力应变关系的矩阵表达 28

8.5　边界条件 29

第3章　弹性薄板、薄壳、薄壁杆件计算公式 29

1 薄板 29

1.1　平板弯曲的基本方程 30

1.2　圆板的弯曲计算公式 31

1.3　矩形板的弯曲计算公式 40

1.4　杂形板的弯曲计算公式 44

1.5　板件计算举例 45

2 薄壳 46

2.1　薄壳的薄膜力计算公式 47

2.2　圆柱壳的计算 49

2.3　旋转壳弯曲的基本方程 55

2.4　组合壳状结构的计算公式 57

3.1　薄壁杆件自由扭转 58

3 薄壁杆件 58

3.2　薄壁杆件约束扭转 59

第4章　能量方法 66

1 能量法中常见的力学概念 66

1.1　广义位移　广义力 自由度 66

1.2　功　余功 66

1.3　应变能　应变余能 67

1.4　功与能的关系　保守系统 67

2.1　虚位移原理 68

2　虚位移原理 68

1.6　平衡许可力　虚力　虚余功 68

1.5　几何许可位移　虚位移　虚功 68

2.2　最小总势能原理 69

2.3　卡氏第一定理 70

2.4　单位位移法 70

2.5　虚位移原理和最小总势能原理的矩阵表达式 70

3　虚力原理 70

3.1　虚力原理 70

3.2　最小总余能原理 70

3.3　卡氏第二定理 71

3.4　单位载荷法 71

5.3　反力互等定理 72

5.2　位移互等定理 72

4　虚位移原理和虚力原理对应表 72

5 互等定理 72

5.1　功的互等定理 72

5.4　反力与位移互等定理 73

6 等效关系 静力几何逆步关系 73

6.1 刚体的静力等效和功等效一致 73

6.2　变形体的功等效力 73

6.3　静力几何逆步关系 73

1　静定、超静定构架及其几何稳定性 74

1.1　静定和超静定构架 74

第5章　机械构架分析方法 74

1.2　构架的几何稳定性 75

2　构架分析的力法 76

2.1 力法的基本原理和基本方程 76

2.2　起重机吊环的内力计算 76

2.3　输汽管道的内力计算 77

2.4　力法基本方程的矩阵表达式 78

3　构架分析的位移法 78

3.1　位移法的基本原理和基本方程 78

3.2　简例 81

4　构架矩阵分析——直接刚度法 82

3.3　位移法基本方程的矩阵表达式 82

5　杆元刚度矩阵 83

5.1　杆元刚度矩阵的建立 83

5.2　杆元的刚度矩阵 83

6 载荷移置 86

6.1　等效节点载荷的计算公式 86

6.2　常用等效节点载荷（表19.5-6、19.5-7） 86

7　座标变换 87

7.1　座标变换矩阵 87

7.4　举例——自由等直杆元刚度矩阵的座标变换 88

7.3　载荷的座标变换式 88

7.2　杆元刚度矩阵的座标变换式 88

8　构架总刚度矩阵 89

8.1　总刚度矩阵的形成 89

8.2　总刚度矩阵的性质 89

9　边界（约束）条件的处理 90

10 内力的确定 90

11 算例——锅炉炉侧构架内力计算 90

1.3　单元刚度矩阵 94

1.1　单元形态　形函数［N］ 94

1.2　单元应变和应力表达式 94

第6章　有限元法 94

1　位移法基本原理 94

1.4　单元节点外力——等效节点载荷 95

1.5　总刚度矩阵 95

1.6　节点平衡方程 95

1.7　边界条件的应用和应力计算 96

2　平面问题计算实例 96

2.2　应力、应变表达式 97

2.3　单元刚度矩阵 97

2.1 常应变三角形元的形函数 97

2.4　输入信息 98

2.5　总刚度矩阵的形成 99

2.6　节点外力列阵 101

2.7　位移边界条件 101

2.8　计算结果 101

2.9　平面有限元分析的公式（表19.6-3） 101

2.10　平面问题工程实例计算 101

3　轴对称问题 104

3.1　基本公式 104

4.1　接触区已知的光滑接触 105

4 接触问题 105

3.2　轴对称问题计算实例 105

4.2　一般性接触问题 107

5 形函数简要说明 107

5.1　拉氏多项式的形函数 107

5.2　几种较简单元的形函数（表19.6-5） 108

6 几种较复杂的元 109

6.1　平板元 109

6.2　等参元 110

6.3　三维元 110

7.1　凝缩 111

7.2　子结构技术 111

7 几个专门问题简介 111

6.4　壳元 111

7.3　局部座标变换处理 112

8 有关计算特点的说明 112

第7章　结构稳定性分析及临界载荷表 112

1 结构平衡稳定性 中性平衡临界载荷 113

2　结构平衡稳定性分析 114

3 结构稳定平衡和失稳特点 114

3.1　平衡路径　平衡分枝点 114

3.3　丧失结构承载能力——失稳形态之二 115

3.4　跳跃——失稳形态之三 115

3.2　丧失原来平衡形式——失稳形态之一 115

3.5　结构不完善性的影响 116

4　结构临界载荷表 117

第8章　机械结构的断裂力学分析 117

1 线弹性断裂力学 125

1.1　裂纹对构件强度的影响 125

1.2　裂纹尖端变形的三种基本类型 125

1.3　应力强度因子 125

1.5　裂纹尖端的塑性区尺寸和KI的塑性修正 126

1.4　断裂判据和断裂韧性 126

1.6　应变能释放率（亦称推动裂纹扩展力）G的概念 127

1.7　应力强度因子和应变能释放率的关系 127

1.8　复合型断裂判据 128

2　弹塑性断裂力学 128

2.1 裂纹尖端张开位移（COD）的概念和判据 128

2.2 J积分 129

3　压力容器的断裂力学分析 130

3.1　压力容器的脆断分析 130

3.2　含裂纹压力容器的鼓胀效应 130

3.4　全面屈服条件下的δ判据 131

3.3　用δ判据估算含裂纹压力容器的开裂压力 131

4　轴类零件的断裂力学分析 132

4.1　断裂判据的选择 132

4.2　轴的应力计算 132

4.3　缺陷及其模型 132

4.4　K1表达式的选取 133

4.5　 KIC的选取 133

4.6　安全系数 133

4.7　应用举例 133

5 应力强度因子K的表达式 134

1.1　基本假定 138

1.2　符号说明 138

第9章　接触应力 138

1 弹性接触应力和变形 138

1.3　计算公式与实例 139

2　接触表面下的最大切应力 143

2.1　最大切应力τ1 143

2.2　平行于接触表面的最大切应力τ0 143

3 刚性压头接触问题 143

4 应用举例 143

第10章　应力集中系数 146

1 应力集中系数的概念和计算 146

2 带沟槽的机械零件的应力集中系数图表 147

3 带台肩圆角的机械零件的应力集中系数图表 149

4 开孔的机械零件的应力集中系数图表 150

5 常用几种机械零件的应力集中系数 153

6 应用举例 155

7 降低应力集中系数 156

第11章　结构疲劳强度 157

1 疲劳计算 157

1.1　无限寿命设计 157

1.2　安全寿命设计 159

1.3　低周疲劳（低循环疲劳） 163

2.1　机件疲劳试验 164

2　疲劳试验 164

2.2　模拟疲劳试验 165

2.3　整机（或结构）疲劳试验 166

3 断裂力学在疲劳设计中的应用 166

3.1　疲劳裂纹扩展速率da/dN 166

3.2　疲劳裂纹扩展寿命的估算 168

3.3　损伤容限设计 169

第12章　模型试验 172

1　模型相似条件 172

1.1　相似理论 172

1.2　用量纲分析确定相似判据 173

1.3　根据物理方程确定相似判据 174

1.4　静弹性结构模型试验的相似条件 174

1.5　变态相似问题 175

2　模型材料和模型制造 175

2.1　模型材料的性能要求 176

2.2　常用几种非金属模型材料的主要性能 176

2.3　模型制造 176

3　模型加载 176

3.1　模型加载原则 176

4.1　重型液压机活动横梁模型试验 177

4　模型测试与模型试验 177

3.2　模型加载大小的确定 177

4.2　万匹马力船用柴油机A字架的模型分析 178

4.3　铣床床身动刚度模型试验 179

第13章 电阻应变片测量技术 180

1 电阻应变片 180

1.1 电阻应变片的种类、结构和特点 180

1.2 电阻应变片的工作特性 180

1.3 各类应变片的选用 182

2　测量电路和仪器 182

2.1　测量电路 182

2.2　电阻应变仪 183

3　应变测量技术 185

3.1　静态应变测量 185

2.3　记录器 185

3.2　动态应变测量 189

3.3　高、低温度下的应变测量 191

3.4　高压液下应变测量 193

3.5　旋转件的应变测量 194

3.6　应变的无线电遥测 196

4 电阻应变片式传感器 197

1.1　等差线和等倾线 201

第14章　光弹性法 201

1 光弹性原理和平面光弹性的应用 201

1.2　光弹性仪 202

1.3　条纹级数的测定 203

1.4　应力分离方法 204

1.5　应用举例 205

2　光弹性材料和模型 206

2.1　光弹性材料性能 206

2.2　环氧树脂光弹性材料及其配方 207

2.3　光弹性模型的设计和制造 207

3.1　冻结切片法 208

3 三维光弹性问题 208

3.2　表面应力测量 209

3.3　三维切应力差法 209

3.4　应用举例 210

4　其它光弹性试验方法 210

4.1　全息干涉法 211

4.2　散射光法 212

4.3　贴片法 213

4.4　热光弹性法 214

4.5　动光弹性法 214

1.2　二次应力 215

1.3　峰值应力 215

第15章　典型构件强度计算——压力容器1　压力容器应力分类 215

1.1 一次应力 215

2 薄壁容器 216

2.1　筒壳、球壳的静应力 216

2.2　筒壳、球壳的温度应力 216

2.3　筒壳、球壳的外压稳定 217

2.4　封头 218

2.5　封头边缘应力 218

2.6　开孔及其补强 219

3.2　筒体、球体的温度应力 221

3 厚壁容器 221

3.1　筒体、球体的静应力 221

3.3　屈服压力和爆破压力 223

3.4　组合容器 224

第16章　典型构件强度分析——旋转圆盘 224

1　等厚度旋转圆盘 226

1.1　等厚度旋转圆盘的离心应力 226

1.2　等厚度旋转圆盘的温度应力 227

2　双曲线旋转圆盘 229

2.1 双曲线旋转圆盘的离心应力 229

3　等强度旋转圆盘 230

2.2　双曲线旋转圆盘的温度应力 230

4　任意型线的旋转圆盘 231

5　旋转圆盘的自增强 231

6　旋转圆盘的空间轴对称问题（有限元法） 232

7　圆盘飞裂试验 233

8 旋转圆盘的静强度校核 234

第17章　典型构件强度分析——曲轴、连杆 234

1 曲轴 234

1.1 曲轴结构及其破坏型式 234

1.2　曲轴应力集中系数（或称形状系数）的计算 235

1.3 曲轴的受力分析和内力计算 237

1.4　曲轴的强度校核 240

2　连杆 241

2.1　连杆强度计算 241

2.2　连杆的疲劳破坏及疲劳强度校核 247

第18章　安全系数和许用应力 249

1　机件的失效 249

1.1　静应力下机件的失效 249

1.2　变应力下机件的失效 249

2.1 室温静应力下机件的安全系数 250

2.2　极限设计中的安全系数 250

2 室温静应力下的安全系数和强度判据 250

2.3　考虑缺陷影响的安全系数 251

2.4　承受动载荷机件的安全系数 252

3 高温静应力下的安全系数和强度判据 252

4 变应力下的安全系数和强度判据 253

4.1 承受单向正应力或切应力机件的安全系数 253

4.2　同时承受弯应力和扭应力机件的安全系数 253

4.3　承受变幅应力机件的安全系数 253

4.4　含裂纹机件的安全系数 253

5 可靠性设计的安全系数 253

6　提高机件的安全度 254