Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
1)СМ Толбатов (Книга).doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
14.07 Mб
Скачать

13.3. Влияние способа закрепления концов стержня на критическую силу

На рис. 13.4 показаны другие случаи закрепления концов стержня. Каждую из этих задач можно решать по плану, реализованному для шарнирно опертого стержня. В то же время решение можно получить путем сопоставления изгиба шарнирно опертого стержня с изгибом стержня при другом закреплении его концов (штриховые линии на рис. 13.4) Обобщенная формула:

содержит так называемый коэффициент приведенной длины μ.

Приведенная (свободная) длина l0 = μl может быть истолкована как некоторая условная длина однопролетного стержня, критическая сила которого при шарнирном закреплении его концов такая же, как для заданного стержня. Понятие о приведенной длине впервые введено профессором Петербургского института инженеров путей сообщения Ф.С. Ясинским в 1892 г.

Рис. 13.4

Исследования показали, что местные ослабления (заклепочные отверстия, уменьшение сечения за счет врубок и т.п.) существенно не влияют на величину критической силы. Поэтому в формулу для Fcr входит момент инерции Ibr площади сечения без учета ослабления Abr (брутто). При вычислении критического напряжения также используется Abr:

где гибкость стержня (радиус инерции берется минимальный).

Вследствие использования линейного физического закона формулы для критической силы справедливы в том случае, когда напряжения σcr не превышают предела пропорциональности σpr . Из условия σcr = σpr определяется предельная гибкость λlim, при которой формулы еще применимы:

λ lim

Для стали с σpr = 200 МПа и

Е = 2,1·105МПа λlim ≈ 100, для чугуна λlim ≈ 80, для дерева λlim ≈ 110.

При гибкостях λ < λ1 (для стали Ст.3 λ1=40) стержни можно рассчитывать на прочность без учёта опасности потери ус-тойчивости (рис. 13.5, зона I). Для этого случая критическими являются напряже-

ния, соответствующие предельным

Рис. 13.5 (σcry).

Использование формулы Эйлера за пределами её применимости (λ < λlim) приводит к завышенному расчётному значению критических напряжений, следовательно к грубым ошибкам, что чревато потерей устойчивости стержня и разрушением конструкции.

При λ < λlim формулы становятся неприменимыми. В этом случае используют эмпирическую формулу Тетмайера − Ясинского (рис. 13.5, зона II):

σcr = а bλ ,

где а и b – коэффициенты, зависящие от материала. Для стали Ст.3 при гибкостях λ = 40…100 коэффициенты а и b принимаются равными: а = 310 МПа, b = 1,14 МПа.

13.4. Подбор сечения по условиям безопасной устойчивости

Условие устойчивости равновесия записывается либо в напряжениях: σ ≤ σs adm , либо в нагрузках: F Fs adm , где σs adm и Fs adm – допускаемые напряжение и нагрузка по условиям безопасной устойчивости; при этом

σs adm = σcr / ns, Fs adm = Fcr / ns ,

где ns коэффициент запаса устойчивости, который равен или превосходит коэффициент запаса прочности n (отклонения от проекта конструкции в отношении формы стержня, линии действия нагрузки уменьшают критическую нагрузку и σcr , но почти не влияют на прочность конструкции).

Исходя из использования сопротивления системы в целом, принимают условия устойчивости равновесия в нагрузках. В отдельных случаях это равнозначно принятию условия устойчивости равновесия в напряжениях. Для центрально сжатой стойки допустимая нагрузка

Fs adm = (π2EImin)/(μ2l2ns),

откуда при заданных значениях ns, E, l и вычисленном значении μ можно найти Imin. Рациональным считается сечение, у которого Imin = Imax (при μy = μz).

Установим связь между допускаемым напряжением на устойчивость и величиной σadm:

σs adm / σadm = (σcr n)/( σb ns) = φ.

Учитывая, что σcr < σb, а n ns устанавливаем, что φ<1. Величина φ есть коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения для сжатых стержней (коэффициент продольного изгибa). Имея зависимость σcr~ λ для данного материала, зная σadm и выбрав ns, можно составить таблицы значений φ в функции от гибкости λ.

В связи с зависимостью φ от формы и размеров сечения подбор сечения по условиям устойчивости σ ≤ φσadm ведется путем последовательных прибли-жений. Выбираем форму сечения и задаемся его размерами (или при-мерным значением φ, например, φ1= 0,5); вычисляем наименьший радиус инерции и гибкость; находим по таблице коэффициент φ1' и вычисляем σs adm = φ1' σadm; сравниваем действительное напряжение σ с полученной величиной σs adm; если условие устойчивости не удовлетворено или удовлетворено с большим запасом (разница между σ и σs adm не должна превышать 3 – 5%), меняем размеры сече-ния (задаемся новым значением φ2, равным среднему арифметическому величин φ1 и φ1') и повторяем расчет. Окончательно выбранное сечение должно удовлетворять и условию прочности: σ ≤ σadm.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]