廊坊拉彎廠用實(shí)心圓軸推導(dǎo)節(jié)應(yīng)力在橫截面上的分布規(guī)律

• 2025-03-24
• 拉彎加工廠家

拉彎加工廠家對于廊坊拉彎廠使用的實(shí)心圓軸，盛達(dá)拉彎需要推導(dǎo)其橫截面上的節(jié)應(yīng)力分布規(guī)律。在材料力學(xué)中，“節(jié)應(yīng)力”通常指的是橫截面上的正應(yīng)力（即垂直于截面的應(yīng)力），而實(shí)心圓軸是一個(gè)圓柱形構(gòu)件，其橫截面為圓形。以下是對其應(yīng)力分布規(guī)律的推導(dǎo)和分析：

 1. 純彎曲情況下的應(yīng)力分布

當(dāng)實(shí)心圓軸受到純彎曲載荷時(shí)，其橫截面上的正應(yīng)力分布呈現(xiàn)線性規(guī)律。具體來說：

- 中性軸（通常位于截面的形心，即圓心）上的應(yīng)力為零。

- 從中性軸向截面邊緣，應(yīng)力逐漸增大，在邊緣處達(dá)到最大值。

正應(yīng)力的計(jì)算公式為：

\[

\sigma = \frac{M \cdot y}{I}

\]

其中：

- \(M\)：彎矩（外加載荷引起的力矩）。

- \(y\)：從截面中性軸到某點(diǎn)的距離，對于圓形截面，\(y\) 的范圍是從 \(-d/2\) 到 \(d/2\)（\(d\) 為圓軸直徑）。

- \(I\)：截面的慣性矩，對于實(shí)心圓形截面，\(I = \frac{\pi d^4}{64}\)。

由于 \(\sigma\) 與 \(y\) 成正比，應(yīng)力沿截面高度（或直徑方向）呈線性分布：

- 當(dāng) \(y = 0\)（中性軸），\(\sigma = 0\)。

- 當(dāng) \(y = d/2\)（截面頂部或底部），\(\sigma\) 達(dá)到最大值 \(\sigma_{\text{max}} = \frac{M \cdot (d/2)}{I} = \frac{32M}{\pi d^3}\)。

 2. 拉伸與彎曲組合情況

考慮到“拉彎廠”的背景，實(shí)心圓軸可能同時(shí)承受拉伸和彎曲載荷。在這種情況下，橫截面上的總應(yīng)力是拉伸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的疊加：

- 拉伸應(yīng)力：由軸向拉力 \(F\) 引起，在整個(gè)截面上均勻分布，計(jì)算公式為：

  \[

  \sigma_t = \frac{F}{A}

  \]

  其中 \(A\) 為截面積，對于實(shí)心圓軸，\(A = \frac{\pi d^2}{4}\)。

- 彎曲應(yīng)力：仍為 \(\sigma_b = \frac{M \cdot y}{I}\)，如上所述。

因此，總應(yīng)力為：

\[

\sigma = \sigma_t + \sigma_b = \frac{F}{A} + \frac{M \cdot y}{I}

\]

- 分布規(guī)律：拉伸應(yīng)力 \(\frac{F}{A}\) 是一個(gè)常數(shù)，在整個(gè)截面上均勻分布；彎曲應(yīng)力 \(\frac{M \cdot y}{I}\) 隨 \(y\) 線性變化。因此，總應(yīng)力 \(\sigma\) 仍然是線性分布，但整個(gè)應(yīng)力分布曲線會因拉伸應(yīng)力的存在而整體上移（若為拉力）或下移（若為壓力）。

- 最大和最小應(yīng)力：

  - 在截面受拉一側(cè)（例如 \(y = d/2\)），\(\sigma_{\text{max}} = \frac{F}{A} + \frac{M \cdot (d/2)}{I}\)。

  - 在截面受壓一側(cè)（例如 \(y = -d/2\)），\(\sigma_{\text{min}} = \frac{F}{A} - \frac{M \cdot (d/2)}{I}\)。

 3. 北京型材拉彎網(wǎng)廊坊拉彎廠總結(jié)

實(shí)心圓軸橫截面上的節(jié)應(yīng)力（正應(yīng)力）分布規(guī)律為線性分布：

- 若僅受彎曲載荷，應(yīng)力從中性軸（\(\sigma = 0\)）向邊緣線性增大，最大值出現(xiàn)在截面邊緣。

- 若同時(shí)受拉伸和彎曲載荷，應(yīng)力分布仍為線性，但會疊加一個(gè)均勻的拉伸應(yīng)力，導(dǎo)致整個(gè)分布曲線平移，最大和最小值分別出現(xiàn)在截面的兩側(cè)邊緣。

這種線性分布規(guī)律是由圓形截面的對稱性和材料力學(xué)的基本假設(shè)（如平面假設(shè)和線性彈性）決定的。具體應(yīng)力值需根據(jù)實(shí)際的彎矩 \(M\)、拉力 \(F\) 和圓軸直徑 \(d\) 計(jì)算。