在《材料力学》中,刘鸿文老师用了较大篇幅介绍梁自由扭转时最大切应力与扭转角(扭转刚度)的求取。

总结公式如下:最大切应力τ=T/Wt;扭转刚度φ=T/GIt。对于抗扭惯性矩I与抗扭截面系数W的计算分为以下几类:

1,圆轴与圆管

圆轴与圆管截面抗扭惯性矩就是截面极惯性矩。

实心圆轴极惯性矩It=πD^4/32;抗扭截面系数Wt=πD³/16。

空心圆轴极惯性矩It=π(D^4-d^4)/32;抗扭截面系数Wt=π(D^4-d^4)/(16D);或者直接查询《机械设计手册》——型材——结构用冷弯型材(GB/T 6728—2002)。

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(1)

查询

2,矩管与方管

直接查询《机械设计手册》——型材——结构用冷弯型材(GB/T 6728—2002)。

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(2)

查询

3,实心矩形梁

b为长边尺寸,a为短边尺寸,则抗扭惯性矩It=βba³;抗扭截面系数Wt=αba²。

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(3)

实心矩形梁

4,开口薄壁梁,如工字钢、H形钢、T形钢、槽钢、角钢

开口薄壁梁使用展开方法累加。抗扭惯性矩It=1/3∑Siti³=1/3(S1t1³ S2t2³ S3t3³ ......);抗扭截面系数Wt=It/tmax ,Si为第i条边的长度,ti为第i条边的厚度,tmax为最大厚度

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(4)

开口薄壁梁

但是,以上方法算出的有没有更简单和更精确的办法查询It呢。当然有,但是书上肯定不会说。以下下介绍任意形状截面使用SolidWorks查询截面抗扭惯性矩方法。

建立想要的截面草图后退出草图编辑器,拉伸为实体。

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(5)

sw建模

打开SolidWorks simulation插件,如果工具栏没有simulation,需要先到插件设置里面勾选。

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(6)

勾选simulation插件

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(7)

在simulation中建立新算例

在simulation中建立新算例,选择静态算例。

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(8)

选择静态算例

在算例中将实体转换为梁。右击结构树中的模型——视为横梁

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(9)

转换为梁

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(10)

转换为梁

右击结构树中的梁模型——编辑定义

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(11)

编辑定义

在细节窗口中找到最下方“截面属性”,其中扭转常数就是It。

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(12)

截面属性

如何查看扭转中性轴?

右击连接组——编辑

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(13)

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(14)

在细节窗口中勾选“显示抗剪中心”

矩形截面扭转刚度计算公式(型材扭转求剪切应力与扭转刚度万能方法)(15)

最后,知道了It后如何计算Wt?

对于开口梁,Wt=It/最大壁厚

对于圆管/圆轴,Wt=It/R,R为外圆半径

对于矩管,Wt=(a-t)(b-t)/(a b-2t),a、b为边长,t为厚度。

对于方管,Wt=(a-t)/2,a为边长,t为厚度。

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