任意方向线应变计算公式的两种推导方法

材料力学课程论文

任意方向线应变计算公式的两种推导方法

姓名：黄信

班级：机械0907班

学号： 200941008

任意方向线应变计算公式的两种推导方法

黄信

（机械0907班， 200941008）

摘要：《材料力学》教材给出了平面应力状态下任意斜截面上的应力计算公式，没有给出任意方向线应变的计算公式，而在实际应用中有时任意方向线应变的确定又十分必要。本文给出了平面应力状态下任意方向线应变的计算公式的两种推导方法。

关键词：平面应力状态；任意方向；线应变；推导

1 引言

在实际工程结构中，有很多杆件往往同时发生两种或两种以上的基本变形，即组合变形。对于各种组合变形杆的应力分析可采用应变花电测法，而这种情况下主应力的大小和方向往往是未知的。要确定主应力的大小和方向，首先得确定主应变的大小和方向。而要确定主应变的大小和方向，由教材中确定主应力大小和方向的方法联想到可以先推导出任意方向线应变的计算公式，对其求导可得主应变的方向角，再将该方向角代回原任意方向线应变的计算公式就可得到主应变的大小。由以上分析可知对平面应力状态下任意方向线应变计算公式的推导是有现实的意义的。

2任意方向线应变计算公式的两种推导方法

2.1传统推导方法——叠加法

假设已知某微元体在xoy平面发生线应变εx , εy,及切应变

γxy,那么距x轴为任意角α方向的线应变εα可以更具叠加原理

求解，即分别将εx , εy和γxy对εα的贡献求出，然后再叠加即可。

现在以求εx的贡献为例，叙述推导过程。如图1，只有εx单

独作用时，在x方向产生位移增量的εx dx，则OP线位移到OP′。

若x方向的位移增量εx dx对α方向的线应变的贡献表示为

εα|x，则

εα|x=DP ′

OP =PP′cosα

dx

cosα

= εx d x

dx

cos2α =εx cos2α（1）

用同样的方法可推导出

εα|y=εy cos2α（2）

εα|xy= ﹣γxy sinαcosα （3）

由（1）（2）（3）式叠加可得

εα=εα|x+εα|y+εα|xy

=εx cos2α+εy cos2α﹣γxy sinαcosα

图1

经三角变换得

α= εx+εy

2+εx?εy

2

cos2α -γxy

2

sin2α (4)

此式即平面应力状态下任意方向线应变计算公式。

2.2利用广义胡克定律进行推导的方法

叠加法是大多数资料书中使用的方法，主要应用了几何

知识进行推导，需要进行画图分析，有时感到较为繁琐。在

对材料力学的学习过程中，笔者发现一种利用广义胡克定律

进行推导的方法，可以避免繁琐的几何分析。其大体思路为：

沿所求线应变方向建立一个新直角坐标，利用平面应力状态

下任意斜截面上的应力计算公式计算出新坐标内的两个垂

直方向的应力，最后用广义胡克定律计算出所求线应变的大

小。具体的推导过程如下：

在平面应力状态下，根据广义胡克定律有

εx=1

E

（σx-νσy）（5）

εy=1

E

(σy-νσx) （6）

γxy=τxy

G

（7）

式中E为材料的弹性模量，G为材料的切变模量，ν为材料的泊松比。

如图2所示，现需求距x轴为任意角α方向的线应变εα，则建立一个新的坐标系x′oy′，则有

εα=εx′=1

E （σ

x′

-νσ

y′

）（8）

现只需求σx′和σy′。

由平面应力状态下任意斜截面上的应力计算公式:

σα= σx+σy

2+σx?σy

2

cos2α - τxy s in2α

τα=σx?σy

2

sin2α + τxy cos2α可得

σx′= σx+σy

2

+σx?σy

2

cos2α - τxy s in2α（9）

σy′= σx+σy

2

+σx?σy

2

cos2(α+90°﹚ - τxy s in2(α+90°)

= σx+σy

2 ? σx?σy

2

cos2α + τxy s in2α（10）

将（9）（10）式代入（7）式得

εα=1

E （σ

x′

-νσ

y′

）

图2

=1 E [σx+σy

2

（1?ν）+ σx?σy

2

（1+ν）cos2α ?

τxy（1+ν）s in2α] (11)

要得到平面应力状态下任意方向线应变计算公式，需将(11)式中的σx，σy和τxy替换掉，

使其成为含εx，εy和γxy的式子。

由（5）+（6）式有

εx+εy=1

E

（σx+σy）（1-ν） (12)

由（5）-（6）式有

εx?εy=1

E

（σx?σy）（1+ν） (13)

又因为G=E

2(1+ν)

，所以由（7）式有

τxy(1+ν)=γxy

2E

(14)

将（12）（13）（14）式代入（11）式则可得

α= εx+εy

2+εx?εy

2

cos2α -γxy

2

sin2α

至此，本文便用另一种不同的方法推导出了平面应力状态下任意方向线应变计算公式。

3结论

叠加法从线应变的本质出发，利用几何知识进行分析推导，较为科学准确，被大多数资料所使用。然而，叠加法虽直观但其几何分析过程较为繁琐。利用广义胡克定律推导的方法，只需式子间的巧妙变换便可以达到推导目的，避免了繁琐的几何分析。

参考文献:

[1] 王守新.材料力学[M].第二版.大连：大连理工大学出版社，2004.

[2] 大连理工大学基础力学实验中心.基础力学实验讲义[M].大连：大连理工大学出版社，2010.

应力应变计算方法

钢筋砼梁应力应变计算方法的探讨 摘要：对于钢筋砼梁应力应变的计算，分别用桥梁规范中弹性体假定的应力计算方法和以砼处于弹塑性阶段的应力计算方法进行分析，通过算例比较两者计算结果的差异，提出一些个人的见解。 关健词：桥梁工程；钢筋砼梁；应力应变值；计算方法；基本假定；弹性；弹塑性 0 前言 钢筋砼梁属于受弯构件。按《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》(以下简称《桥规》)要求，对于钢筋砼受弯构件的设计，首先按承载能力极限状态对梁进行强度计算，从而确定构件的设计尺寸、材料、配筋量及钢筋布置，以保证截面承载能力要大于荷载效应；另外，尚需按正常使用极限状态对构件进行应力、变形、裂缝计算，验算其是否满足正常使用时的一些限值的规定。为检验钢筋砼梁的施工是否满足设计要求，均应对形成该梁的材料（钢筋及砼）进行强度检验，但由于砼的养护环境、工作条件及钢筋的加工、布置等方面，均存在试样与实际构件之间的差异，因而不能完全地说明该构件的工作性能。有时，按需要可对梁进行直接加载试验以量测荷载效应值，通过实测值与理论计算值的比较，以检验其工作性能是否能满足设计和规范的要求。通常情况下，我们不能直接测定梁体的应力值，只能通过实测梁体的应变值，进而求算其应力值。但钢筋砼结构属于非匀质材料，不能直接运用材料力学计算公式进行其应力及应变的计算，因此，本文按弹性阶段应力计算和弹塑性阶段应力计算2种方法进行分析比较。 1 按弹性阶段计算应力的方法 钢筋砼梁在使用阶段的工作状态可认为与施工阶段的工作状态相同，都处于带裂缝工作阶段，因此可按施工阶段的应力计算方法进行计算。 1.1 基本假定 《桥规》规定：钢筋砼受弯构件的施工阶段应力计算，可按弹性阶段进行，并作以下3项假定。 1.1.1 平截面假定 认为梁的正截面在梁受力并发生弯曲变形后，仍保持为平面，平行于梁中性轴的各纵向纤维的应变与其到中性轴的距离成正比，同时由于钢筋与砼之间的粘结力，钢筋与其同一水平线的砼应变相等。其表达式为： εh/x=εh′/(h0-x) εg=εh′ 式中：εh′-为与钢筋同一水平处砼受拉平均应变； εh-为砼受压平均应变； εg-为钢筋平均拉应变； x-为受压区高度； h0-为截面有效高度。 1.1.2 弹性体假定 假定受压区砼的法向应力图形为三角形。钢筋砼受变构件处在带裂缝工作阶段，砼受压区的应力分布图形是曲线形，但曲线并不丰满，与直线相差不大，可以近似地看作呈直线分布，即受压区砼的应力与应变成正比。 σh=εhEh 式中：σh-为砼应力； εh-为砼受压平均应变； E h-为砼弹性模量。 1.1.3 受拉区砼完全不能承受拉应力 在裂缝截面处，受拉区砼已大部分退出工作，但在靠近中和轴附近，仍有一部分砼承担着拉应力。由于其拉应力较小，内力偶臂也不大，因此，不考虑受拉区砼参加工作，拉应力全部由钢筋承担。 σg=εgEg 式中：σg-为钢筋应力； εg-为受拉区钢筋平均应变； E g-为钢筋弹性模量。 1.2采用换算截面计算应力 根据同一水平处钢筋应变与砼的应变相等，将钢筋应力换算为砼应力，则钢筋应力为砼应力的n g 倍（n g=E g/E h）。由上述假定得到的计算图式与材料力学中匀质梁计算图非常接近，主要区别是钢筋砼梁的受拉区不参予工作。因此，将钢筋假想为受拉的砼，形成一种拉压性能相同的假想材料组成的匀质截面，即为换算截面，再按材料力学公式进行应力计算。 1.2.1受压区边缘砼应力

简单公式规律推导(打印版)

⒈过两点),(11y x 与),(22y x 的直线为b kx y +=，带入得b kx y +=11，b kx y +=22解得 1 22 1121211211121112121111212,t a n x x y x y x x x y x y x x y x y x x x y y y kx y b x x y y k --= -+--=---=-==--= θ，k 称为斜率，b 为y 轴上的截距. 应用最小二乘法,线性拟合直线, 2 2 x x y x xy k --= ,x k y b -=.平均速度1 21 2t t x x t t x x t x v --= --=??= 初末初末，v 为t x -的斜率.当t ?越小，v 越接近瞬时速度瞬v ，瞬时速度等于位移对时间的变化率,因为速度变化越小，对应割线(及其斜率)越接近切线，当两点越接近时，直至无限逼近即极限0→?t 时,瞬v v =. 同理加速度等于速度对时间的变化率,1 21 2t t v v t t v v t v a --= --=??= 初末初末, a 为t v -的斜率.0 →?t 时,瞬a a =0 --=??=t v v t v a ， v 是 t 的函数，也可记作 t v ，变形后得，at v v +=0，(v 是 t 的一次函数，表现为一条直线),a v v t 0-= (求时间).例如, t v 26-=,表示s m v /60=, 2 /2s m a -=;t v +=4,表示s m v /40=, 2/1s m a =; ⒉t v v s x 2 0+= =梯,这是t v x 、、三者之间的关系, v 和t 均是变量,化为t 的函数,由at v v +=0替换,得 20021 22at t v t at v x +=+=(x 是 t 的二次函数，表现为一条抛物线);由at v v -=0替换,得22 1 22at vt t at v x -=-= (此式应用于刹车问题). 例如, 2 20t t x -=,表示s m v /200=,2 /2s m a -=. 24t t x +=,表示s m v /40=,2/2s m a =. ⒊当00=v 时，vt s x 21= =?，由at v =，得22 1 at x =，与上式结果相同. ⒋质点做匀速直线运动,则t v s x 0==矩,(x 是 t 的一次函数，表现为一条直线) 例如, t x 10=,表示s m v /100=;t x 36-=,表示初位置m x 60=，s m v /30-=. 5t s t x v 梯==t t v v 2 0+=20v v +=,t x v ==t at t v 2 21+22210000v v at v v at v +=++=+=,其中at v 210+记作2 t v ,

材料力学实验

实验一实验绪论 一、材料力学实验室实验仪器 1、大型仪器： 100kN（10T）微机控制电子万能试验机；200kN（20T）微机控制电子万能试验机；WEW-300C 微机屏显式液压万能试验机；W AW-600C微机控制电液伺服万能试验机 2、小型仪器： 弯曲测试系统；静态数字应变仪 二、应变电桥的工作原理 三、材料力学实验与材料力学的关系 四、材料力学实验的要求 1、课前预习 2、独立完成 3、性能实验结果表达执行修约规定 4、曲线图一律用方格纸描述，并用平滑曲线连接 5、应力分析保留小数后一到二位 实验二轴向压缩实验 一、实验预习 1、实验目的 I、测定低碳钢压缩屈服点 II、测定灰铸铁抗压强度 2、实验原理及方法 金属的压缩试样一般制成很短的圆柱，以免被压弯。圆柱高度约为直径的1.5倍~3倍。

混凝土、石料等则制成立方形的试块。 低碳钢压缩时的曲线如图所示。实验表明：低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限σε，都与拉伸时大致相同。进入屈服阶段以后，试样越压越扁，横截面面积不断增大，试 样抗压能力也继续增强，因而得不到压缩时的强度极限。 3、实验步骤 I、放试样 II、计算机程序清零 III、开始加载 IV、取试样，记录数据 二、轴向压缩实验原始数据 （1 加载方案为：F0=5，F1=8，F2=11，F3=14，F4=17 ，F5 =20 （单位：kN） 数据处理方法： 平均增量法 ) , ( ) ( 0取三位有效数 GPa l A l F E m om ? ? ? = δ （1） 线性拟合法 () GPa A l l F n l F F n F E om o i i i i i i? ? ∑ - ∑? ∑ ∑ - ∑ = 2 2 ) ( （2） l o —原始标距 A om —原始标距范围内横截面面积的平均值

点到直线的距离公式的七种推导方法

点到直线的距离公式的七种推导方法 湖南省 黄爱民 赵长春 已知点00(,)P x y 直线:0(0,0)l Ax By C A B ++=≠≠求点P 到直线l 的距离。（因为特殊直线很容易求距离，这里只讨论一般直线） 一、 定义法 证：根据定义，点P 到直线l 的距离是点P 到直线l 的垂线段的长，如图1， 设点P 到直线l 的垂线为'l ，垂足为Q ，由'l l ⊥可知'l 的斜率为 B A 'l ∴的方程：00()B y y x x A -= -与l 联立方程组 解得交点2200002222 ( ,)B x ABy AC A y ABx BC Q A B A B ----++ 二、 函数法 证：点P 到直线l 上任意一点的距离的最小值就是点P 到直线l 的距离。在l 上取任意点(,)Q x y 用两点的距离公式有，为了利用条件0Ax By C ++=上式变形一下，配凑系数处理得： 当且仅当00()B A y y x -=-（x ）时取等号所以最小值就是002 2 d A B = + 三、不等式法 证：点P 到直线l 上任意一点Q (,)x y 的距离的最小值就是点P 到直线l 的距离。由柯西不 等式：222222 000000()[()()][()B()](B )A B x x y y A x x y y Ax y C +-+-≥-+-=++ 当且仅当00()B A y y x -=-（x ）时取等号所以最小值就是002 2 d A B =+ 四、转化法 证：设直线l 的倾斜角为α过点P 作PM ∥y 轴交l 于M 11(,)x y 显然10 x x =所以0 1Ax C y b +=-0000||||||Ax C Ax By C PM y B B +++∴=+ = 易得∠MPQ ＝α（图2）或∠MPQ ＝0180α-（图3） 在 两 种 情 况 下 都 有 2 2 2 2 tan tan A MPQ B α∠==所以 2 2 2 cos 1tan MPQ A B α ∠= = ++ 五、三角形法 证：P 作PM ∥y 轴交l 于M ，过点P 作PN ∥x 轴交l 于N （图4） 由解法三知00||| |Ax By C PM B ++=；同理得00||||Ax By C PN A ++= 在Rt △MPN 中，PQ 是斜边上的高 六、参数方程法 证：过点00(,)P x y 作直线0'0cos :sin x x t l y y t θ θ =+?? =+?交直线l 于点Q 。(如图1) 2图y x P Q l M y P Q l M 4 图y P Q l M y x P Q l 1 图' l

混凝土受压应力-应变全曲线方程(描述)

混凝土受压应力－应变 全曲线方程

混凝土受压应力－应变全曲线方程 混凝土的应力－应变关系是钢筋混凝土构件强度计算、超静定结构内力分析、结构延性计算和钢筋混凝土有限元分析的基础，几十年来，人们作了广泛的努力，研究混凝土受压应力－应变关系的非线性性质，探讨应力与应变之间合理的数学表达式，1942年，Whitney 通过混凝土圆柱体轴压试验，提出了混凝土受压完整的应力应变全曲线数学表达式，得出了混凝土脆性破坏主要是由于试验机刚度不足造成的重要结论，这一结论于1948年由Ramaley 和Mchenry 的试验研究再次证实，1962年，Barnard 在专门设计的具有较好刚性且能控制应变速度的试验机上，试验了一批棱柱体试件以及试件两靖被放大的圆柱体试件，试验再次证明，混凝土的突然破坏并非混凝土固有特性，而是试验条件的结果，即混凝土的脆性破坏可用刚性试验机予以防止，后来由很多学者（如M.Sagin ，P.T.Wang ，过镇海等）所进行的试验，都证明混凝土受压应力－应变曲线确实有下降段存在，那么混凝土受压应力与应变间的数学关系在下降段也必然存在，研究这一数学关系的工作一刻也没有停止。 钢筋混凝土结构是目前使用最为广泛的一种结构形式。但是，对钢筋混凝土的力学性能还不能说已经有了全面的掌握。近年来，随着有限元数值方法的发展和计算机技术的进步，人们已经可以利用钢筋混凝土有限元分析方法对混凝土结构作比较精确的分析了。由于混凝土材料性质的复杂性，对混凝土结构进行有限元分析还存在不少困难，其中符合实际的混凝土应力应变全曲线的确定就是一个重要的方面。 1、混凝土单轴受压全曲线的几何特点 经过对混凝土单轴受压变形的大量试验大家一致公认混凝土单轴受压变过程的应力应变全曲线的形状有一定的特征。典型的曲线如图1所示，图中采用无量纲坐标。 s c c E E N f y x 0,,=== σ εε 式中， c f 为混凝土抗压强度；c ε为与c f 对应的峰值应变；0E 为混凝土的初始弹性模量；s E 为峰值应力处的割线模量。

三角形面积公式5种推导方法

三角形面积公式的五种推导方法 三角形面积的计算》一节，教材上是这样安排的：一、明确目标；二、用数格的方式不能确定三角形的面积；三、能否转化成以前学过的图形进行计算？四、拿两个全等的直角三角形可以拼成以前学习过的学习过的长方形和平行四边形，直角三角形的面积是长方形和平行四边形面积的一半；五、验证锐角三角形和钝角三角形是否也能拼成平行四边形；六、三次试验确定所有类型的三角形能转化成平行四边形，两者的关系是“等底等高，面积一半”；七、总结三角形的面积公式。 我们在多次的课堂教学实践和课下辅导过程中，发现上面的几个“环节”有些地方不太符合学生的认知特点。具体分析一下： 第一步没什么问题，每个教师都有自己的导入新课的方式。 第二步也没有什么：学生在学习长方形和正方形的面积时用的是“数格”的方式。学习平行四边形时用的是切割再组合的方式，就是所谓的“转化”。在大部分学生对面积这个概念的理解还不十分透彻的情况下，面对三角形，学生们的首选方法就是“数格”。因为这是学生学习有关面积计算的第一经验，第一印象，第一个技巧。也是最简单，最直接（当然也是最麻烦）的方法。 关于第三步：教材上只有一句话：能不能把三角形转化成已经学过的图形再计算面积。这是化未知为已知的思维方式，我们常给初中学生提起这些认知策略，但它的基础却在小学阶段和学生的日常生活经验中。教材把这个重要的数学思想一笔带过，把挖掘其内涵，为学生建立辩证观念的重任留给了老师。但很多老师并不特别重视这句话，只是把它当作一个过渡句，当成进入下面环节的引言。 第四步。转化是一定的。但是，转化成什么？怎么转化？把三角形转化成“能计算的图形”大致有五种情况。教材推荐的是第五种（如图）。教材上的引导方式只有教师的主导性，而忽视了学生的主体位置。 前面提到，学生计算三角形面积的首选方法是数格，那么次选方法是什么？他们的第二方案应该还是在自己的经验中寻找帮助。这些经验当中，与计算面积有关的直接、简单、容易操作的内容就是在前面的几节课刚学过的“切割平行四边形成长方形”的方法。他们对“切割”这个动作记忆犹新。因为：一、这个技巧刚刚学过；二、切割是个动作，但这个动作能把不规则变规则，所以印象深刻；三、这个简单的动作能完成面积计算的任务。所以他们的下一步动作会是模仿上一节课的做法，想办法切割三角形的某一角移动填补另一角，变三角形成长方形或平行四边形。按这个说法，学生在寻找计算三角形面积的方法时，他首先会在他手中所拿的三角形卡片上琢磨，对这个三角形进行加工处理。在不得要领，或是找到了办法，问题解决了，但心有余味，继续探索下去时才会考虑到利用其他内容扩展思考空间，再找一个一样的三角形牵线搭桥，把思路引到问题的外面。

弹塑性力学定理和公式

应力应变关系 弹性模量 ||广义虎克定律 1.弹性模量 对于应力分量与应变分量成线性关系的各向同性弹性体,常用的弹性常数包括: a 弹性模量单向拉伸或压缩时正应力与线应变之比,即 b 切变模量切应力与相应的切应变之比,即 c 体积弹性模量三向平均应力 与体积应变θ(=εx+εy+εz)之比,即 d 泊松比单向正应力引起的横向线应变ε1的绝对值与轴向线应变ε的绝对值之比,即 此外还有拉梅常数λ。对于各向同性材料，这五个常数中只有两个是独立的。常用弹性常数之间的关系见表3-1 弹性常数间的关系。室温下弹性常数的典型值见表3-2 弹性常数的典型值。 2.广义虎克定律 线弹性材料在复杂应力状态下的应力应变关系称为广义虎克定律。它是由实验确定，通常称为物性方程，反映弹性体变形的物理本质。 A 各向同性材料的广义虎克定律表达式（见表3-3 广义胡克定律表达式）对于圆柱坐标和球坐标，表中三向应力公式中的x 、y、z分别用r、θ、z和r、θ、φ代替。对于平面极坐标，表中平面应力和平面应变公式中的x、y、z用r、θ、z代替。 B 用偏量形式和体积弹性定律表示的广义虎克定律应力和应变张量分解为球张量和偏张量两部分时，虎克定律可写成更简单的形式，即 体积弹性定律 应力偏量与应变偏量关系式 在直角坐标中，i,j=x,y,z；在圆柱坐标中，i,j=r,θ,z,在球坐标中i,j=r,θ,φ。

弹性力学基本方程及其解法 弹性力学基本方程 || 边界条件 || 按位移求解的弹性力学基本方法 || 按应力求解的弹性力学基本方程 || 平面问题的基本方程 || 基本方程的解法 || 二维和三维问题常用的应力、位移公式 1.弹性力学基本方程 在弹性力学一般问题中，需要确定15个未知量，即6个应力分量，6个应变分量和3个位移分量。这15个未知量可由15个线性方程确定，即 (1)3个平衡方程[式（2-1-22）]，或用脚标形式简写为 (2)6个变形几何方程[式（2-1-29）]，或简写为 (3)6个物性方程[式（3-5）或式（3-6）]，简写为 或 2.边界条件 弹性力学一般问题的解，在物体内部满足上述线性方程组，在边界上必须满足给定的边界条件。弹性力学问题按边界条件分为三类。 a 应力边界问题在边界Sσ表面上作用的表面力分量为F x、F y、F z.。面力与该点在物体内的应力分量之间的关系，即力的边界条件为 式中，l nj=cos(n,j)为边界上一点的外法线n对j轴的方向余弦。 这一类问题中体积力和表面力是已知的，求解体内各点的位移、应变和应力。 b 位移边界问题在边界S x上给定的几何边界条件为

物理常见公式的推导

高中物理公式 一、力胡克定律： F = kx (x为伸长量或压缩量；k为劲度系数，只与弹簧的原长、粗细和材料有关) 1、重力： G = mg (g随离地面高度、纬度、地质结构而变化；重力约等于地面上物体受到的地球引力) 3 、求F 1、F2两个共点力的合力：利用平行四边形定则。 注意：(1) 力的合成和分解都均遵从平行四边行法则。 (2) 两个力的合力范围：? F1－F2 ?≤ F≤ F1 + F2 (3) 合力大小可以大于分力、也可以小于分力、也可以等于分力。 4、两个平衡条件： （1）共点力作用下物体的平衡条件：静止或匀速直线运动的物体， 所受合外力为零。 F合=0 或： F x合=0 F y合=0 推论：[1]非平行的三个力作用于物体而平衡，则这三个力一定共点。 [2]三个共点力作用于物体而平衡，其中任意两个力的合力与第三个力一定等值反向 (2* )有固定转动轴物体的平衡条件：力矩代数和为零．（只要求了解） 力矩：M=FL (L为力臂，是转动轴到力的作用线的垂直距离） 5、摩擦力： 滑动摩擦力： f= μ F N 说明：① F N为接触面间的弹力，可以大于G；也可以等于G;也可以小于G ②μ为滑动摩擦因数，只与接触面材料和粗糙程度有关，与接触面积大小、接触面相对运动快慢以及正压力N 无关. 静摩擦力：其大小与其他力有关，由物体的平衡条件或牛顿第二定律求解,不与正压力成正比. 大小范围： O≤ f静≤ f m (f m为最大静摩擦力，与正压力有关) 说明： a 、摩擦力可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反。 b、摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。 c、摩擦力的方向与物体间相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反。 d、静止的物体可以受滑动摩擦力的作用，运动的物体可以受静摩擦力的作用。 6、浮力： F= ρgV (注意单位) 7、万有引力： F=G m m r 12 2 (1)适用条件：两质点间的引力（或可以看作质点，如两个均匀球体）。 (2) G为万有引力恒量，由卡文迪许用扭秤装置首先测量出。 (3)在天体上的应用：（M--天体质量，m—卫星质量， R--天体半径，g--天体表面重力加速度，h—卫星到天体表 面的高度） a 、万有引力=向心力 G V R h m R h m T R h 2 2 2 2 2 4 () ()() + =+=+ ω π

应变式加速度传感器培训讲学

应变式加速度传感器

传感器与测控电路课程设计 说明书 题目应变片式加速度传感器的设计姓名 学院机电工程学院 专业测控技术与仪器 学号 指导教师 成绩 二〇一零年六月二十三日

目录 一、设计题目 (3) 二、设计任务及技术指标 (3) 三、设计要求 (3) 四、构造及其原理概述 (4) 五、结构设计 (5) 六、应变片的选择及其设计计算 (7) 七、转换电路的设计 (9) 八、外部电路的设计 (10) 九、结构和辅助零件的设计 (11) 十、精度误差分析 (12) 十一、课程设计总结 (13) 十二、参考文献 (14) 附录： 传感器设计CAD零件图 (15) 传感器设计CAD装配图 (16) 测控电路原理Proteus图 (17)

一、设计题目 应变式加速度传感器的设计 二、设计任务及技术指标 1、工作在常温、常压、静态、环境良好。 2、精度0.1%FS。 3、测量范围20ｇ。 4、频响：0.1~100HZ。 5、电桥电压：5V。 三、设计要求 1、利用电阻或半导体的应变效应设计加速度传感器，将所测的加速度转换 成电信号。 2、根据被测量，设计传感器的性能参数和结构参数。 3、根据传感器敏感元件输出电量的类型设计转换电路和后续信号处理电 路。

四、构造及其原理概述 1、金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化。 2、用应变片测量受力变形时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用 下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应的变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化。 根据式 σ=Eε 式中σ：测试的应力； E：材料弹性模量 可以测得σ应力值。通过弹性元件将加速度转换为应变，因此可以用应 变片测量加速度，从而做成应变式加速度传感器。 3、如图为加速度传感器的结构示意图。 图1 加速度传感器结构简图

关于公式的推导 证明

A C D E αα+β B F G βx y O 关于三角函数两角和正余弦公式的推导 课本中的推导方法如右图所示，其中有旋转的思想在内，且使用了两点间距离公式（为使用此公式，课本在此节还特地介绍了本属于解析几何内容的两点间距离公式），为了由C （α+β）公式得到其它公式，还推导并使用了Cos （π/2－α）＝Sin α公式。上网查看两角和与差 三角函数公式的不同证明方法，有向量法、面积法、 弦长公式法等，其方法虽简单且精巧，但不是一般 人尤其学生所能想到的，因而也不利于进行探究式 的教学。 下面依三角函数的特征，给出一个新的证明： 如图，在单位圆中，设α，β都是锐角： 根据则 A （1，0）；B （cos α，sin α）； C(cos （α+β），sin （α+β）)。 做CD ⊥OA 于D ，CF ⊥OB 于F ， 做FE ⊥OA 于E ，FG ⊥CD 于G ， ∵ OA ⊥CD ，OB ⊥CF ， ∴ ∠FCD=α。 ∴OF ＝cos β，CF ＝sin β ∴OE ＝OF ·cos α＝cos β·cos α＝cos αcos β， ∴FE ＝OF ·sin α＝cos β·sin α ＝sin αcos β， DE ＝GF ＝CF ·sin α＝sin β·sin α＝sin αsin β， CG ＝CF ·cos α = sin β·cos α＝cos αsin β， ∴OD= cos （α+β） = OE - DE = cos αcos β- sin αsin β； ∴CD= sin （α+β） = CG + GD = CG + FE = cos αsin β+ sin αcos β； 即 cos （α+β） = cos αcos β- sin αsin β； sin （α+β） = sin αcos β+ cos αsin β； 当α、β不是锐角时，根据诱导公式，可化cos （α+β）、sin （α+β）为cos （α’+β’）、sin （α’+β’）,其中α’、β’皆为锐角，公式依然成立。 （2）正弦定理的证明

应变的计算方法

应变的计算方法 本章介绍了几种网格应变的计算方法，通过分析网格变形的特点及规律，将网格的变形分解为分别沿两个主应变的方向一次变形而得，从而通过欧拉法推导了有限应变解析的方网格应变计算方法，并把三维空间网格的每个网格作为线性孔斯曲面介绍了三维空间网格的应变计算方法。此外还介绍了工程应变、等效应变和厚度的计算。 4.2 基于欧拉法和有限应变理论解析的方网格计算方法 根据有限应变的理论，不同的应力加载可以获得相同的应变结果。对于近似于平面应力状态的板材成形来说，每个单元体的应变主方向（除去因为位移造成的转动）在成形过程中保持不变。这样就可以将应变分成不同的加载阶段，利用真实应变的可叠加性，就可以推导出方网格变形的应变计算方法。 连续体的有限变形有两种表述方法。一种方法的相对位移计算是以变形前后物体内一点作为参考点，即以变形前的坐标作为自变量，这种方法称为拉格朗日法。另一种方法的相对位移计算是以变形后物体内一点作为参考点，以及已变形后的坐标作为自变量，这种方法称为欧拉法[48]。这里给出基于欧拉法和有限应变理论解析的方网格计算原理。 4.2.1 方网格内部的变形 设任意方向正方形网格内接于圆网格，将其变形过程分解为两个阶段，如图4-5所示。第一个阶段沿着X方向变形，Y方向保持不变；第二个阶段沿着Y方向变形，X方向保持不变，即应变主方向与坐标轴相平行。变形的结果使圆网格变形为椭圆，正方形网格变形为平行四边形（假设单元网格内沿主应变方向的变形是均匀的） (a)初始网格 (b)横向变形后的网格 (c)纵向变形后的网格 图4-5 基于有限应变的网格分解变形过程 4.2.2 应变主方向和真实应变的计算 对于方网格中心的应变，假设网格内部变形是均匀的，所以变形前后四边形对角线的交点就是网格中心，对角线把方网格划分成四个三角形。将变形后的网格中心和变形前的网格中心重合，建立直角坐标系，如图4-6所示。 图4-6 以欧拉法建立的变形前后网格中心重合的坐标系统 根据欧拉方法，以变形之后的网格坐标来分析，将主应变方向定为坐标方向，设X方向为主应变的方向，Y方向为主应变的方向，两个方向分别有拉形比： (4-20)

三角形面积公式的五种推导方法

三角形面积公式的五种 推导方法 Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】

三角形面积公式的五种推导方法 摘自：《小学数学网》六年制小学数学第九册《三角形面积的计算》一节，教材上是这样安排的：一、明确目标；二、用数格的方式不能确定三角形的面积；三、能否转化成以前学过的图形进行计算四、拿两个全等的直角三角形可以拼成以前学习过的学习过的长方形和平行四边形，直角三角形的面积是长方形和平行四边形面积的一半；五、验证锐角三角形和钝角三角形是否也能拼成平行四边形；六、三次试验确定所有类型的三角形能转化成平行四边形，两者的关系是“等底等高，面积一半”；七、总结三角形的面积公式。 我们在多次的课堂教学实践和课下辅导过程中，发现上面的几个“环节”有些地方不太符合学生的认知特点。具体分析一下： 第一步没什么问题，每个教师都有自己的导入新课的方式。 第二步也没有什么：学生在学习长方形和正方形的面积时用的是“数格”的方式。学习平行四边形时用的是切割再组合的方式，就是所谓的“转化”。在大部分学生对面积这个概念的理解还不十分透彻的情况下，面对三角形，学生们的首选方法就是“数格”。因为这是学生学习有关面积计算的第一经验，第一印象，第一个技巧。也是最简单，最直接（当然也是最麻烦）的方法。关于第三步：教材上只有一句话：能不能把三角形转化成已经学过的图形再计算面积。这是化未知为已知的思维方式，我们常给初中学生提起这些认知策略，但它的基础却在小学阶段和学生的日常生活经验中。教材把这个重要的数学思想一笔带过，把挖掘其内涵，为学生建立辩证观念的重任留给了老师。但很多老师并不特别重视这句话，只是把它当作一个过渡句，当成进入下面环节的引言。

物理常见公式的推导

物理常见公式的推导 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-

高中物理公式 一、力胡克定律： F = kx (x为伸长量或压缩量；k为劲度系数，只与弹簧的原长、粗细和材料有关) 1、重力： G = mg (g随离地面高度、纬度、地质结构而变化；重力约等于地面上物体受到的地球引力) 3 、求F 1 、F2两个共点力的合力：利用平行四边形定则。 注意：(1) 力的合成和分解都均遵从平行四边行法则。 (2) 两个力的合力范围： F1－F2 F F1 + F2 (3) 合力大小可以大于分力、也可以小于分力、也可以等于分力。 4、两个平衡条件： （1）共点力作用下物体的平衡条件：静止或匀速直线运动的物 体，所受合外力为零。 F合=0 或： F x合=0 F y合=0 推论：[1]非平行的三个力作用于物体而平衡，则这三个力一定共点。 [2]三个共点力作用于物体而平衡，其中任意两个力的合力与第三个力一定等值反向 (2 )有固定转动轴物体的平衡条件：力矩代数和为零．（只要求了解） 力矩：M=FL (L为力臂，是转动轴到力的作用线的垂直距离） 5、摩擦力： 滑动摩擦力： f= F N 说明：① F N为接触面间的弹力，可以大于G；也可以等于G;也可以小于G ②为滑动摩擦因数，只与接触面材料和粗糙程度有关，与接触面积大小、接触面相对运动快慢以及正压力N 无关. 静摩擦力：其大小与其他力有关，由物体的平衡条件或牛顿第二定律求解,不与正压力成正比. 大小范围： O f静 f m (f m为最大静摩擦力，与正压力有关) 说明： a 、摩擦力可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反。 b、摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。 c、摩擦力的方向与物体间相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反。 d、静止的物体可以受滑动摩擦力的作用，运动的物体可以受静摩擦力的作用。 6、浮力： F= gV (注意单位) 7、万有引力： F=G m m r 12 2 (1)适用条件：两质点间的引力（或可以看作质点，如两个均匀球体）。 (2) G为万有引力恒量，由卡文迪许用扭秤装置首先测量出。 (3)在天体上的应用：（M--天体质量，m—卫星质量， R--天体半径，g--天体表面重力加速度，h—卫星到天体表 面的高度） a 、万有引力=向心力 G Mm R h m () + = 2 V R h m R h m T R h 2 2 2 2 2 4 () ()() + =+=+ ω π

三角函数公式大全及其推导方法

三角函数公式大全及其推导三角函数的定义1. Figure I 由此，我们定义：ΔABC中如Figure I, 在对边b??(?sin?) 的正弦值：斜边c邻边a??)?(?的余弦值：cos斜边c对边b??)?的正切值：tan?(邻边a邻边11a??)?(?的余切值：cot??b?对边tanb a斜边11c???的正割值：sec???()a?邻边acos c斜边1c1???的余割值：?csc??() b?对边sinb c备注：当用一个字母或希腊字母表示角时，可略写∠符号，但用三个子母表tan。、示时，不能省略。在本文中，我们只研究sin、cos额外的定义2.22??)(sinsin?22??)(cos?cos22??)?tan(tan 简便计算公式3.b???)sin??cosA?cos(90?c c??)??A?cossin(90??sin b11b1?????tan a?)??tanaAtan(90 b22??1?cossin?证明：90ABC???ABC中,在 222c???ab 22ba1??? ??1?sincos??证完b?sinb c???tan?a?cosa 22cc21??sinAB?sin22 c22??1cossin2????1tan?222???coscoscos任意三角形的面积公式4.

Figure II , 如Figure II． 1ahS?ABC?21?absinC21?acsinB (两边和其夹角正弦的乘积)25.余弦定理：任意三角形一角的余弦等于两邻边的平方和减对边的平方之差与两邻边积的两倍之比。 证明： 如Figure II, 222h?db?22)B(cccosB)sin??(a?22222B?cccossin?aB?2accosB? 2222)sin(cosBB?=aac?2cosB?c22?2acacos?cB?222222bca?b??ac??cosB?? ?2ac2ac证完 海伦公式6. 证明：, Figure 如II1absinC?S ABC?212C?cos?ab12 2222??1ca?b??ab?1??ab22?? 444222222c??2?ba?c2?2acbb1a?ab1?22b24a 22444222222c2c?2abb?14a?b?a2?bc?a?ab 22ba24 ?? 22444222222c??2a?ab?2?cc?2aba14bb22?ab?22b4a4

材料力学公式汇总

材料力学重点及其公式 材料力学的任务 （1）强度要求；（2）刚度要求；（3）稳定性要求。 变形固体的基本假设 （1）连续性假设；（2）均匀性假设；（3）各向同性假设；（4）小变形假设。 外力分类： 表面力、体积力；静载荷、动载荷。 内力：构件在外力的作用下，内部相互作用力的变化量，即构件内部各部分之间的因外力作用而引起的附加相互作用力 截面法：（1）欲求构件某一截面上的内力时，可沿该截面把构件切开成两部分，弃去任一部分，保留另一部分研究（2）在保留部分的截面上加上内力，以代替弃去部分对保留部分的作用。（3）根据平衡条件，列平衡方程，求解截面上和内力。 应力： dA dP A P p A = ??=→?lim 0正应力、切应力。 变形与应变：线应变、切应变。 杆件变形的基本形式 （1）拉伸或压缩；（2）剪切；（3）扭转；（4）弯曲；（5）组合变形。 静载荷：载荷从零开始平缓地增加到最终值，然后不在变化的载荷动载荷：载荷和速度随时间急剧变化的载荷为动载荷。 失效原因：脆性材料在其强度极限 b σ破坏，塑性材料在其屈服极限s σ时失效。二者统称为极限应 力理想情形。塑性材料、脆性材料的许用应力分别为： []3 n s σσ=， []b b n σσ=，强度条件： []σσ≤??? ??=max max A N ，等截面杆 []σ≤A N m a x 轴向拉伸或压缩时的变形：杆件在轴向方向的伸长为：l l l -=?1，沿轴线方向的应变和横截面上的应力分别为：l l ?= ε，A P A N ==σ。横向应变为：b b b b b -=?=1'ε，横向应变与轴向应变的关系为：μεε-=' 。 胡克定律：当应力低于材料的比例极限时，应力与应变成正比，即 εσE =，这就是胡克定律。E 为弹性模量。将应力与应变的表达式带入得：EA Nl l = ? 静不定：对于杆件的轴力，当未知力数目多于平衡方程的数目，仅利用静力平衡方程无法解出全部未知力。 圆轴扭转时的应力 变形几何关系—圆轴扭转的平面假设dx d φ ρ γρ=。物理关系——胡克定律dx d G G φρ γτρρ==。力学关系dA dx d G dx d G dA T A A A ???===2 2ρφφρρτρ 圆轴扭转时的应力：t p W T R I T == max τ；圆轴扭转的强度条件： ][max ττ≤=t W T ，可以进行强度校核、截面设计和确

收益法中的主要技术方法(公式推导)

收益法中的主要技术方法 （一）纯收益不变 数列求和的基本公式有： 23(1)...1n n a a a a a a a -++++= - 公式 P ＝r A 在第一年的年末所能得到的纯收益为A 元，要将其折算为现在的价格时，只要将A 元乘复利现值系数即可，即： A × r +11＝r A +1 第二年的年末所能得到的纯收益A 元，要折算为现值时， 同样应为： A ×（ r +11）×（r +11）＝2 )1(r A + 第n 年则为：A × n r )1(1+＝n r A ) 1(+ 将各年合计，则收益现值P ＝r A +1+2)1(r A +＋……＋n r A )1(+ 这是一个首项为 r A +1，公比为r +11 ，项数为n 的等比级数。 根据等比级数求和公式，2 3 (1) ...1n n a a a a a a a -++++=- 得： P ＝A 11()[1()] 111111(1)11n n r r A r r r -??++=-??+??- + 当n →∞时P ＝r A P ＝ r A ×??????n r 111）＋（ －

当收益年期有限时，根据上述公式推导 P= r A ×??????n r 111）＋（ － 成立。 （二）纯收益在若干年后保持不变 1、无限年期收益 公式2－16 P ＝∑ =+n t t t r R 1) 1(＋n r r A )1(+ 2、有限年期收益 公式2－17 P ＝∑ =+n t t t r R 1)1(＋n r r A )1(+×??? ???n -N r 111）＋（ － 相当于 P ＝R 1（F P ，r ，1）＋……R 5（F P ，r ，5） ＋A （A P ，r ，N －n ）×（F P ，r ，n ） （三）纯收益按等差级数变化 先看公式2－20 P ＝（ r A ＋2r B ）×??? ???n r 111）＋（ －－r B ×n r n )1(+ （收益年限有限条件下）当纯收益为逐年递增，每年递增额为b ，则：收益第一年为a ，第二年为a ＋b ，第三年为a ＋2b ，第n 年为a ＋（n －1）b 则收益现值P ＝r a +1＋2 )1(r b a ++＋3)1(2r b a ++＋……＋()n r b n a )1(1+-+ ＝S n1＋S n2 S n1＝ r a +1＋2)1(r a +＋……＋n r a )1(+＝r a ×?????? n r 111）＋（ －

三角函数公式的推导及公式大全

诱导公式 目录2诱导公式 2诱导公式记忆口诀 2同角三角函数基本关系 2同角三角函数关系六角形记忆法 2两角和差公式 2倍角公式 2半角公式 2万能公式 2万能公式推导 2三倍角公式 2三倍角公式推导 2三倍角公式联想记忆 2和差化积公式 2积化和差公式 2和差化积公式推导 诱导公式 ★诱导公式★ 常用的诱导公式有以下几组： 公式一： 设α为任意角，终边相同的角的同一三角函数的值相等： sin（2kπ＋α）＝sinα cos（2kπ＋α）＝cosα tan（2kπ＋α）＝tanα cot（2kπ＋α）＝cotα 公式二： 设α为任意角，π+α的三角函数值与α的三角函数值之间的关系：sin（π＋α）＝－sinα cos（π＋α）＝－cosα tan（π＋α）＝tanα cot（π＋α）＝cotα 公式三： 任意角α与 -α的三角函数值之间的关系： sin（－α）＝－sinα cos（－α）＝cosα tan（－α）＝－tanα cot（－α）＝－cotα

公式四： 利用公式二和公式三可以得到π-α与α的三角函数值之间的关系：sin（π－α）＝sinα cos（π－α）＝－cosα tan（π－α）＝－tanα cot（π－α）＝－cotα 公式五： 利用公式一和公式三可以得到2π-α与α的三角函数值之间的关系：sin（2π－α）＝－sinα cos（2π－α）＝cosα tan（2π－α）＝－tanα cot（2π－α）＝－cotα 公式六： π/2±α及3π/2±α与α的三角函数值之间的关系： sin（π/2＋α）＝cosα cos（π/2＋α）＝－sinα tan（π/2＋α）＝－cotα cot（π/2＋α）＝－tanα sin（π/2－α）＝cosα cos（π/2－α）＝sinα tan（π/2－α）＝cotα cot（π/2－α）＝tanα sin（3π/2＋α）＝－cosα cos（3π/2＋α）＝sinα tan（3π/2＋α）＝－cotα cot（3π/2＋α）＝－tanα sin（3π/2－α）＝－cosα cos（3π/2－α）＝－sinα tan（3π/2－α）＝cotα cot（3π/2－α）＝tanα (以上k∈z) 诱导公式记忆口诀 ※规律总结※ 上面这些诱导公式可以概括为： 对于k2π/2±α(k∈z)的个三角函数值，

真实应力应变

真实应力=工程应力*（1+工程应变） 真实应变=Ln（1+工程应变） 这是现行的通用做法，应该是不会出问题的。 不过用此法时推导真实应力的过程中假设结构体积不变，俺觉得是有问题的，如果考虑体积变化，则真实应力为：真实应力/工程应力=(1 + 工程应变)/(1 +工程应变- 2 工程应变* 泊松比) 或者：真实应力/工程应力=1/(1 - 工程应变* 泊松比)^2 后两者很相近，且比上述做法要低不少。 请您仔细读以下说明： Run ROR's Keygen, Use the serial number for installation, Write down the Registration ID, After installation, Copy the "orglab.lic" file to "C:\Program Files\OriginLab\OriginPro75\FLEXlm". Start OriginPro, When ask for registration, Select I'm already registered. Enter the Registration ID. OK! 解压程序包后，注意crack 这个东东～～备用。 1. 运行注册机，用生成的sn 安装软件，next 2. 记下您相应sn 的ID 以备后用(sn 和id 应该是相互对应滴一组～～) 3. 安装完成后先不运行程序，把orglab.lic 这个文件复制到您的程序安装目录下(不一定是c 盘) X:\program files \ originlab \ originpro75 \ FLEXLM 文件夹下 4. 然后起动程序，按照要求输入刚记下的ID →就应该ok 了吧～～ 如果不行可能是其他原因，您要是能抓一些问题出现时的图片更有助于问题的解决！ 当然，仍安装不上也可能是您的程序或系统或其他问题。 Luck！ 安装搜狗输入法，在哪个键盘符号上点右键，点第二项，希腊字母里面去选就是了 αβγδεδεζηθικλμνπξζηυθχψω ΑΒΓΓΔΕΖΘΗΚ∧ΜΝΞΟ∏Ρ∑ΤΥΦΦΧΨ абвгде?жзийклмнопрстуфхцчшщъыьэюя