Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Metod_peremeshcheniy__dlya_PTSB_MBG.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
14.52 Mб
Скачать

2.1 Основні залежності методу переміщень для прямолінійного стержня постійної жорсткості

Для одержання основних залежностей методу переміщень розглянемо деформацію прямого стержня, який виділено із плоскої стержневої системи. На рисунку 2.1 зображено вихідне й деформоване положення стержня системи.

Рисунок 2.1- Вихідне та деформоване положення стержня системи

Обмежимося системами з малими деформаціями з матеріалів, що підкоряються закону Гука. При виводі приймемо принцип незалежності поперечних і поздовжніх деформацій, тобто будемо вважати що поздовжні сили не впливають на величину поперечних деформацій, а згинальні моменти не впливають на величину поздовжніх деформацій. У цьому випадку диференціальні рівняння рівноваги прямого стержня мають вигляд:

При прийнятих допущеннях між внутрішніми зусиллями й переміщеннями й існують залежності:

Ураховуючи залежності (2.1) систему диференціальних рівнянь рівноваги прямого стержня в переміщеннях можна представити у вигляді:

де – жорсткості стержня при розтяганні й вигині відповідно;

- компоненти переміщення перерізу, паралельні координатним осям та відповідно;

– компоненти розподіленого навантаження, паралельні осям і відповідно.

Рішення системи рівнянь (2.3) можна представити у вигляді:

Використовуючи граничні умови

можна виразити постійні інтегрування через переміщення кінцевих перерізів. З огляду на диференціальні залежності (2.2) та умови на границях:

одержимо систему рівнянь, з якої знайдемо значення згинальних моментів, поперечних і поздовжніх сил на кінцях стержня :

де – зусилля на кінцях та стержня від місцевого навантаження коли перерізи та стержня жорстко защемлені. Інші позначення в залежностях (2.7) відповідають рисунку 2.1.

Значення легко можна визначити за допомогою таблиці 2.1, у якій наведено епюри та величини опорних реакцій для випадків навантаження стержня, які найчастіше зустрічаються на практиці. У більш складних випадках навантаження стержня для визначення цих величин слід скористатися методом сил, методом переміщень або методом початкових параметрів.

Таблиця 2.1 – Реакції балок постійного перерізу з двома защемленими кінцями

Схема балки та вплив на неї

Реакції опор

Продовження таблиці 2.1

Схема балки та вплив на неї

Реакції опор

Напрям реакцій та епюра моментів відповідає умові: . Напрям реакцій відповідає умові:

Напрям реакцій та епюра моментів відповідає умові: .

Залежностями (2.7) визначаються кінцеві зусилля стержня коли відомі переміщення кінцевих перерізів та – . Ці залежності надалі будемо називати основними залежностями методу переміщень для прямолінійного стержня в статиці стержневих систем у місцевій (локальній) системі координат.

У практичних додатках зручніше користуватися залежностями, записаними для глобальної (загальної) системи координат. Як видно з рисунка 2.2, між компонентами переміщень кінцевих перерізів та , визначеними в локальній (місцевій) і в глобальній (загальній) системах координат, існують залежності:

Рисунок 2.2 - До визначення зв’язку між компонентами переміщень визначеними в

локальній і в глобальній системах координат

З урахуванням залежностей (2.8) основні залежності методу переміщень (2.7) можна записати у вигляді:

У тому випадку, коли на одному із кінців стержня є шарнір (наприклад, на кінці ), для визначення трьох зусиль ми маємо визначити чотири переміщення . Щоб не розшукувати зайву невідому, виключимо кут повороту шарнірного кінця . Для цього скористаємось тим, що в цьому випадку Знайшовши з цієї умови та підставивши його в отримаємо основні залежності методу переміщень для стержня із шарніром на кінці.

У локальній системі координат кінцеві зусилля визначаються залежностями:

У переміщеннях глобальної системи координат визначаються залежностями:

Зауваження!

При користуванні формулами (2.10) та (2.11) для обчислень слід користуватися результатами, які отримані для стержня з одним защемленим та з другим шарнірним кінцем.

Для випадків, які найчастіше зустрічаються на практиці, значення опорних реакцій балки із шарніром на кінці наведено в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 – Реакції балок постійного перерізу з одним защемленим та з другим шарнірним кінцем

Схема балки та вплив на неї

Реакції опор

Продовження таблиці 2.2

Схема балки та вплив на неї

Реакції опор

Напрям реакцій та епюра моментів відповідає умові: . Напрям реакцій відповідає умові:

Напрям реакцій та епюра моментів відповідає умові: .

2.2 Ідея методу переміщень

З основних залежностей методу переміщень випливає, що кінцеві зусилля стержнів можна обчислити якщо відомі кутові і лінійні переміщення вузлів стержневої системи, а за залежностями (2.2) і (2.4) визначити переміщення й зусилля в будь-якому перерізі стержня. Тому в якості основних невідомих (невідомих, які визначаються у першу чергу) при розрахунку стержневих систем методом переміщень приймають кутові й лінійні переміщення вузлів стержневої системи. Склавши умови рівноваги вузлів або відсічених частин стержневої системи й виразивши зусилля, що увійшли в ці рівняння, через переміщення кінцевих перерізів (вузлів), одержують систему алгебраїчних рівнянь для визначення основних невідомих – розв’язувальну систему рівнянь методу переміщень. При цьому завжди можна скласти стільки рівнянь рівноваги, скільки є основних невідомих у намічених вузлах. Визначивши переміщення вузлів стержневої системи, знаходять кінцеві зусилля елементів, а потім за залежностями (2.2) і (2.4) досліджують напружений та деформований стани всієї системи. Виходячи із цього, можна намітити наступний порядок розрахунку стержневих систем методом переміщень.