圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计.ppt

圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计REPORTING2023WORKSUMMARY目录CATALOGUE引言圆轴扭转时的应力变形分析圆轴扭转时的强度和刚度设计圆轴扭转的实验研究圆轴扭转的有限元分析结论与展望PART01引言研究背景和意义圆轴扭转在工程实际中广泛存在，如传动轴、电机轴等，其应力变形分析对于确保结构安全性和稳定性具有重要意义。圆轴扭转时的应力变形分析可为强度和刚度设计提供理论依据，指导工程师进行合理设计，优化结构性能。随着现代工业的发展，对圆轴扭转性能的要求不断提高，深入研究其应力变形分析以及强度和刚度设计具有重要的工程应用价值。国内外学者在圆轴扭转方面开展了大量研究，包括理论分析、数值模拟和实验研究等方法，取得了显著成果。在理论分析方面，经典弹性力学理论为圆轴扭转提供了基础，后续研究在此基础上不断完善和发展，考虑了材料非线性、几何非线性等因素。数值模拟方法如有限元法、有限差分法等在圆轴扭转分析中得到了广泛应用，为复杂结构和非线性问题的求解提供了有效手段。国内外研究现状及发展趋势实验研究在验证理论和数值模拟结果的同时，也为发现新现象和探索新规律提供了重要途径。未来发展趋势将更加注重多学科交叉融合，如固体力学、流体力学、热力学等，以更全面地揭示圆轴扭转的力学行为。此外，随着新材料、新工艺的不断涌现，圆轴扭转性能的优化和创新设计将成为研究热点。国内外研究现状及发展趋势PART02圆轴扭转时的应力变形分析当圆轴受到扭矩作用时，其横截面将绕轴线发生相对转动，这种现象称为圆轴扭转。在圆轴扭转的分析中，通常假设圆轴是连续的、均匀的、各向同性的线弹性体，且忽略剪切变形对应力的影响。圆轴扭转的基本概念和假设假设圆轴扭转03强度条件为了保证圆轴在扭转时不发生破坏，必须满足一定的强度条件，即最大剪切应力不超过材料的许用剪切应力。01剪切应力在圆轴扭转时，横截面上将产生剪切应力，其大小与扭矩和截面极惯性矩有关。02应力分布剪切应力在横截面上的分布是不均匀的，最大剪切应力出现在横截面的外边缘，而中心处的剪切应力为零。应力分析扭转变形在扭矩作用下，圆轴将发生扭转变形，即相邻两横截面绕轴线转过一定的角度。变形量计算扭转变形量可以通过测量圆轴两端的相对转角来计算，也可以通过积分方法求得。刚度条件为了保证圆轴在扭转时不发生过大的变形，必须满足一定的刚度条件，即扭转变形量不超过允许的最大值。变形分析PART03圆轴扭转时的强度和刚度设计123根据圆轴扭转时的最大切应力公式，校核圆轴的强度是否满足要求。若不满足，需重新设计圆轴的尺寸或材料。最大切应力校核对于承受交变载荷的圆轴，需进行疲劳强度校核。通过计算疲劳安全系数，判断圆轴是否满足疲劳强度要求。疲劳强度校核为提高圆轴的安全性能，设计时需考虑一定的强度储备。通过增加圆轴的尺寸或提高材料性能，实现强度储备。强度储备强度设计刚度设计对于高速旋转的圆轴，需进行振动稳定性分析。通过计算临界转速和振动幅值，判断圆轴是否满足振动稳定性要求。若不满足，需采取相应措施提高圆轴的振动稳定性。振动稳定性分析根据圆轴扭转时的扭转角公式，校核圆轴的刚度是否满足要求。若不满足，需调整圆轴的尺寸或材料。扭转角校核为确保圆轴在正常工作条件下不发生过大变形，设计时需考虑一定的刚度储备。通过增加圆轴的尺寸或提高材料刚度，实现刚度储备。刚度储备PART04圆轴扭转的实验研究010203实验目的探究圆轴在扭转作用下的应力分布和变形规律。验证圆轴扭转的理论公式，如剪切应力公式和扭转角公式。实验目的和原理实验目的和原理实验原理圆轴的扭转刚度与轴的截面极惯性矩、材料剪切模量等因素有关。圆轴在扭转时，其横截面上的应力主要为剪切应力，且剪切应力在横截面上呈线性分布，最大剪切应力位于轴的外表面。实验目的和原理用于施加扭矩并测量扭转角。扭转试验机粘贴于圆轴表面，用于测量轴表面的剪切应变。应变片或应变计实验装置和步骤实验装置和步骤数据采集系统：用于实时采集并记录实验数据。实验装置和步骤1.准备试件选择适当长度的圆轴试件，并在其表面粘贴应变片。2.安装试件将试件安装在扭转试验机上，确保试件轴线与试验机轴线重合。通过试验机对试件施加逐渐增大的扭矩，并记录每个扭矩值对应的扭转角。3.施加扭矩通过数据采集系统实时记录应变片测得的剪切应变值。4.数据采集当试件发生明显塑性变形或破坏时，停止实验。5.结束实验实验装置和步骤实验结果和分析01实验结果02获得一系列扭矩与扭转角的数据点，可绘制扭矩-扭转角曲线。03