此轉軸在 1-1 截面是受剪破壞還是受彎破壞？

01-04

這個轉軸因為太長了，所以不能按照螺栓來進行計算，我把這個轉軸看作為一個鋼柱來進行計算的。
轉軸A套在活動鋼樑和固定鋼樑里，我想計算轉軸A的強度。1-1截面為危險截面，我把套在活動鋼樑中的轉軸看作懸臂端來計算，1-1截面抗剪是滿足要求的，但是由於彎矩太大，1-1截面的正應力有1000MPa，所以不滿足要求。但是把套在活動鋼樑中的轉軸看作懸臂端，又不太正確，因為活動鋼樑與轉軸直接會接觸，限制轉軸的變形。如果我把活動鋼樑看作剛體，我覺得這個轉軸在1-1截面只會發生剪切破壞，但是受力分析彎矩又實實在在存在的，正應力也存在。怎麼辦？到底應不應該驗算正應力？急急急，真心求教啊？

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可能之前題目有點誤導了，這個轉軸A應該不能看作螺栓，因為上面的鋼樑實際上會繞軸發生轉動，所以沒有預緊力，所以不能看作螺栓，我計算的時候，是把它看作鋼桿來進行計算的。

工程實際問題不是試卷上的應用題，也不是簡單的套公式。想知道準確的答案，只有一個辦法——實驗。沒有實驗數據，誰也不確定會發生什麼。有限元當然很好，也能得到可靠的分析結果，但是前提是你得知道真實的實驗數據。

既然沒有實驗，那隻好做很多很多的假設，然後獲得一個非常近似的分析結果。

就比如說，說起來外荷載是 708 千牛，非常容易，但現實中外荷載並不是憑空出現的一排小箭頭，如何施加到結構上呢？理想的面外壓強？理想的均布荷載？通過剛體施加的壓力？通過變形體施加的壓力？實際的結構里又是如何施加這些荷載呢？

假設所考慮的鋼樑的面外長度為 1 米。外荷載由剛體位移施加，分布在整個鋼樑的側面。
假設鋼樑截面為美規 HSS 16x8x5/8，近似取公制尺寸為 420x220x15 毫米。
假設鋼樑材料的屈服強度為 350 兆帕 (ASTM A500)。
假設轉軸為高強鋼材，屈服強度為 850 兆帕（假設可以買到直徑 90 毫米左右、強度 125 ksi 的高強鋼材，價格每英尺 200 刀左右）。
假設鋼樑和轉軸均為理想彈塑性材料，忽略 strain hardening，不考慮材料破壞準則。
轉軸底端與地面同一高度處近似為固接，底部鋼樑 z 方向自由度被剛性地面限制。轉軸不預緊，所以沒有螺栓荷載。
單元採用 C3D8R。
假設接觸面之間的摩擦係數為 0.1。

最終在荷載方向的變形：

鋼樑的應力分布：

鋼樑的塑性應變：

轉軸的應力分布：

轉軸的塑性應變：

載入過程的荷載位移曲線：

基於以上的假設，外荷載大約為 500 千牛的時候，整個系統到達彈性極限，開始出現塑性，也就是荷載位移曲線上的拐點，剛度開始減小。最終的荷載極限大約為 950 千牛，此時的荷載位移曲線趨於水平。當然，以上都是非常粗線的初步分析，受限於時間和計算資源，單元的劃分可能還不夠合理，而且很多假設可能也並不貼合實際。解決實際的工程問題，其實就是一步步嘗試一步步糾錯的過程，不停的迭代分析，才能最終得到合理的解決方案。

某校土木工程在讀研究生，轉軸的受力情況我很清楚，但不太明白題主的意思。1-1截面的每個點應力狀態都是不同的，所以每點的破壞面與水平面的夾角也不同。可以簡化成下圖平面應力狀態（手機黨見諒），正應力由彎矩產生，剪應力由剪力產生，右邊那個是破壞準則，K應該是抗剪強度，具體可以參考第三強度準則和第四強度準則。

所以不是很懂題主所謂的1-1截面破壞是什麼意思，在我的理解中破壞面不應該是水平面。

這些都是材料力學的基本概念，如果跟題主的意思不同請自動忽略。

這個其實有點像複合材料裡面的Sandwich Structure，可以算是純外面的鋼承受彎曲，裡面的承受剪力，所以螺栓來說是剪斷的。

前提是裡面的材料比外面的材料彈性模量小很多。

從題目表面看，如果上下鋼樑的剛度足夠大，很顯然受力分析以剪切為主，如果無法滿足足夠的剛度，那麼就會存在彎矩，這是必然的，從概念的角度出發，此處為了規避受彎可能造成的危害，勢必要增大增大鋼樑，特別是轉軸孔附近的的剛度，我的意見是採用加勁的方式，提升鋼樑的剛度，盡量使得轉軸以受剪為控制因素

樓主的螺栓近似於地腳螺栓，可是地腳螺栓大多用普通螺栓。這是我的疑惑，因為樓主沒有指明，故在此提出。權且認為樓主示意中的尺寸單位為毫米，那麼樓主所用螺栓的直徑應該為90mm，這樣的螺栓不應該是房建用的螺栓吧？

螺栓一般只需要校核拉應力和剪力，因為活動鋼樑和固定鋼樑的接觸面會限制螺栓的彎曲，彎曲的角度非常小。你這種情況10.9級的螺栓是足夠的，不過還要考慮你這根螺栓的工況。如果一定要校核的話，需要將兩個鋼樑在右側垂直方向的形變考慮在內，是一個超靜定問題，最好能用軟體來分析。

螺栓材質是45，或者35號鋼，強度設計值很高，同時對應直徑的長度是有限制的，驗算滑移面受剪如果滿足，是不是抗彎也滿足了。我覺得是基於這考慮。螺栓很剛，跟孔壁貼合，再算下承壓。

活動鋼樑限制了轉軸的軸向變形么？沒有的話就應該驗算截面拉應力吧~

根據變形來分析的話，如果活動鋼樑和固定鋼樑之間只發生相對滑移，那麼螺栓只在1-1截面有剪切變形，只需要驗算抗剪；如果活動鋼樑和固定鋼樑之間還能產生轉角(即活動鋼樑繞軸右下角的點旋轉)，那就需要驗算抗彎了。所以我覺得只要採取措施限制鋼樑之間的轉角變形就好了。

1、如果這個轉軸和軸孔沒有間隙（絞制孔），那就是靠軸受擠壓和剪切來抵抗橫向載荷，要校核擠壓和剪切強度。

2、如果這個轉軸和軸孔有間隙，是預緊力使接合面間產生摩擦力來抵抗工作載荷的，軸只受拉力，按危險截面的拉伸強度條件校核。

ps：我覺得沒有彎曲應力啊，如果有彎曲應力的話說明預緊不到位啊，本身就失效了，只受拉應力或者絞制孔的話只受剪和擠壓應力。

要計算抗彎的，只是如果螺桿不長，抗彎一般沒問題。螺桿長了，很可能抗彎控制，你可以參考銷軸的計算方法，見新版的鋼結構規範（送審稿）第8章或第9章，我記不清了。裡面的演算法主要是抄歐洲鋼結構規範EC3-1-8joints。

要考鋼結構了，頭疼

在1-1面算抗剪就足夠了，剩下的看看轉角的程度了，轉角太小基本就忽略了，而且也要根據材料來吧？要是鑄鐵估計直接就斷了，埠還是傾斜的，碳鋼的螺栓倒是有可能彎，應該有個長度和半徑比的係數，可以計算出來？沒仔細深究。。。

螺栓一般都是剪切破壞吧？進行抗彎檢測是想把螺栓怎麼用？。。

從圖上看，這根軸的作用頂多是個銷釘，自身沒有旋轉動力源，除非間隙太小，咬死了，所以應該只有剪力，和輕微的旋轉