变形后 两端法线的交点即为曲率中心,由此确定了曲率半径 。由几何关系
(2)代入(1)得
即
由胡克定律
这表明,任意纵向纤维的正应力与它到中性层的距离成正比。在横截面上,任意点的正应力与该点到中性轴的距离成正比。亦即沿截面高度,正应力按直线规律变化,且在中性层处等于零,如图3所示。
▲图3 绕 轴的力矩之和为
式中积分
式(5)可以写成
式中 是梁轴线变形后的曲率。
▲图4 讨论弯曲变形时,以变形前的梁轴线为 轴,垂直向上的轴为 轴(图4), 平面为梁的纵向对称面。在对称弯曲的情况下,变形后梁的轴线将成为 平面内的一条曲线。挠曲线上横坐标为 的任意点的纵坐标用 来表示,它代表坐标为 的横截面的形心沿 方向的位移,称为挠度。这样,挠曲线的方程式可以写成
习惯上,把梁下侧受弯曲时的弯矩为正,挠曲线向下凸出,如图5所示。
▲图5 在我们选定的坐标系中( 轴向上为正),随着弧长 的增加, 也是增加的(逆时针转动),即正增量 对应的 也是正的。
根据平截面假设,弯曲变形前垂直于轴线( 轴)的横截面,变形后仍垂直于挠曲线。所以,截面转角 就是 轴与挠曲线法线的夹角。它应等于挠曲线的倾角,即等于 轴与挠曲线切线的夹角。故有
▲图6
类似的关系还有
在工程问题中,梁的挠度一般都远小于跨度,因此小变形情况下,转角 也是一个非常小的角度,因此
即
代入(7) 有
又
因此
由(7) 和(11)得