556

Согласно рис. 9 – рис. 11 наиболее нагруженный квадрант – четвертый; в нем полное сжатие от действия трех факторов.

Напряженное состояние от указанных факторов считается одноосным, суммарное значение равно N My Mz. В данном при-

мере N имеет отрицательное значение, поэтому берем по модулю.

Условие первой проверки: 10%,

где – допускаемое нормальное напряжение, сталь 40Х 480 МПа.

В случае превышения допускаемого напряжения необходимо увеличивать диаметр стержня, добиваясь выполнения условия проверки.

5.2.2. Проверка по эквивалентным напряжениям

Условие второй проверки: экв 2 4 max2 10%. На рис.12 представлены эпюры касательных напряжений от T .

Рис.12. Эпюры касательных напряжений

6. Расчет на прочность прямоугольного сечения

Анализ загруженности сечений четвертого стержня.

По табл. 4, определим, что сечение d загружено более. Произведем расчет по сечению d. На рис. 13 представлена расчетная схема прямоугольного стержня. Обозначим вершины граней сечения d цифрами 1– 4.

e

x4

4 b 3

Рис. 13. Расчет прямоугольного сечения

6.1.Подбор параметров прямоугольного сечения

Для упрощения расчета принимаем соотношение сторон h/b 2. Основными силовыми факторами для прямоугольного стержня являются изгибающие моменты My и Mz .

Округляем полученный результат в большую сторону с окончанием на "0" или "5" в мм.

6.2.Проверка напряженного состояния сечения d

6.2.1.Анализ по нормальным напряжениям

Первая проверка с учетом нормального напряжения от действия N . Соответствующие напряжения определяют по зависимостям:

где A– площадь сечения; Wy, Wz – осевые моменты сопротивления от-

носительно осей Y и Z , соответственно. Для проверки строим эпюры напряжений.

Рис. 14. Эпюра нормальных напряжений N

e

z4

d y4

x4

sMy

Рис. 15. Эпюра нормальных напряжений My

e

z4

d

y4 x4

sMz

Рис. 16. Эпюра нормальных напряжений Mz

Согласно рис. 14–16 наиболее нагруженной точкой является точка 2. Напряженное состояние от указанных факторов считается одноосным, суммарное значение равно N My Mz . В данном при-

мере N имеет отрицательное значение, поэтому берем по модулю.

Условие первой проверки: 10%,

где – допускаемое нормальное напряжение, сталь 40Х 480 МПа.

В случае превышения допускаемого напряжения необходимо увеличивать диаметр стержня, добиваясь выполнения условия проверки.

6.2.2. Проверка по эквивалентным напряжениям

Дополнительно проводят проверку напряженного состояния для точек 5 и 6.

На рис.17 представлена эпюра касательных напряжений от T .

T

t'T

5

2

1 z4

6

y4

tTmax

x4

4 3

Рис.17. Эпюра касательных напряжений

Условие проверки для точки 5:

Условие проверки для точки 6:

Касательные напряжения в призматических стержнях определяют по

T

эмпирическим зависимостям max b3 и

где 0,493 при h/b 2; 0,795 при h/b 2.

7. Численный пример расчета на прочность

Рассмотрим прямоугольное сечение.

Исходные данные: q 5 кН/м; F 8 кН; M 6 кНм; l 0,5 м;

380 МПа.

Переведем результат в мм и округлим в большую сторону: b 40

Условие первой проверки: N My Mz 10%.

Вычислим напряжения от каждого силового фактора:

N N / A 8 103 /3,2 10 3 2,5 МПа;

My My /Wy 2 103 /42,66 10 6 46,8 МПа;

Mz Mz /Wz 4,625 103 /21,33 10 6 216,8 МПа.

Суммарное нормальное напряжение формируется с учетом знакаN . Необходимо определить наиболее напряженную точку сечения d .

Анализ эпюр N ; My ; Mz по рис. 14-16 дает точку 2 – все напряжения сжатия.

N My Mz 2,5 46,8 216,8 261,96 380 до342.

Вывод: первая проверка не выполняется – принимаем решение уменьшить сечение до b 35мм.

Корректируем значения A 2b2 2 35 10 3 2 2,45 10 3 м2 ;

Следовательно, новые значения

N N / A 8 103 /2,45 10 3 3,26 МПа;

My My /Wy 2 103 /28,58 10 6 69,98 МПа;

Mz Mz /Wz 4,625 103 /14,29 10 6 329,87 МПа.

Суммарное напряжение

N My Mz 3,26 69,98 323,87 397,11 380 до342.

Вывод: условие проверки выполняется.

Вторая проверка: Производится по эквивалентным напряжением с учетом касательных. При этом необходимо вычислить значения

max 0,795 59.13 47 МПа.

Согласно рис. 17 максимальное касательное напряжение в точке 6. Проверка напряжения по формуле (6)

(6)экв 3,26 323,87 2 4 59,132 347,85 380 до342 МПа;

Дополнительная проверка точки 5, формула (5):

(5)экв 3,26 4 69,98 2 4 47 2 119,16 380 до342 МПа.

Общий вывод: оставляем сечение b h 0,035х0,070 м, полученное по условию первой проверки.

8. Порядок выполнения расчетной работы

В данной задаче необходимо выполнить следующие этапы:

1.Согласно варианта расчетной схемы, состоящего из четырехзначного числа, необходимо обозначить стержни, начиная от свободного конца;

2.Выбрать и построить плавающую систему координат;

3.Последовательно, от консоли к защемлению, выделить произвольные сечения с координатами привязки к началу участка;

4.Записать уравнения равновесия внутренних силовых факторов с учетом знаков;

5.Построить эпюры внутренних силовых факторов;

6.Произвести проверку правильности эпюр;

7.На третьем (круглого сечения) участке проанализировать загруженность сечений;

8.Произвести расчет круглого сечения с построением эпюр напряжений;

9.Проверить условия прочности круглого сечения;

10.Произвести анализ загруженности сечений четвертого (прямоугольного сечения) участка;

11.Подобрать сечение бруса из условия прочности, построить эпюры напряжений;

12.Проверить условия напряженного состояния прямоугольного сечения для характерных точек.

Библиографический список

1.Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М., 1976.

2.Дарков А.В., Шапиро Г.С. Сопротивление материалов. М., 1975.

3.Ицкович Г.М., Винокуров А.И., Минин Л.С. Руководство к решению задач по сопротивлению материалов. Росвузиздат, 1963.

4.Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев, 1975.

5.Анурьев А.И. Справочник конструктора. Т.1…3. Техн. лит. М., 1977.

6.Макаров Е.Г. Сопротивление материалов на базе Matcad. Спб.: БХВ – Петербург, 2004. - 512с.

Приложение 1

Расчетные схемы пространственного ломаного бруса

6

4

F

M

7

85

q

M

Продолжение приложения 1

F

M

q

11

q F

M

14

Продолжение приложения 1

20

M

q

F

F