Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Курсач / ДПМ_ИТАЭ_2021 условия задач

Скачиваний:
9
Добавлен:
16.06.2021
Размер:
814.83 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»

Г.В. Мишенков, В.П. Радин, Н.Л. Стрельникова, В.Э. Цой

РАСЧЕТЫ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Практикум к курсовой работе

«Динамика и прочность машин»

для студентов, обучающихся по направлению

«Теплоэнергетика и теплотехника»

Москва Издательство МЭИ

2019

УДК 539.4 П846

Утверждено учебным управлением НИУ «МЭИ»

Подготовлено на кафедре робототехники, мехатроники, динамики и прочности машин

Рецензент - докт. техн. наук, профессор В.П. Чирков

Мишенков Г.В.

П848Расчетынапрочностьэлементовконструкцийтеплоэнергетического оборудования: Практикум / Г.В. Мишенков, В.П. Радин, Н.Л. Стрельникова, В.Э. Цой. – М.: Издательство МЭИ, 2019. – 22 с

Практикум к курсовой работе предназначен для студентов второго курса института тепловой и атомной энергетики, обучающихся по направлению «Теплоэнергетика и теплотехника», изучающих курс «Динамика и прочность машин» в третьем семестре. В пособии представлены задания на курсовую работу, рекомендуемые сроки выполнения, требования к оформлению отчета. В приложениях приведенынеобходимыечисловыеданные,таблицыпрокатныхпрофилей и основные расчетные формулы.

УДК 531

© Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2019

УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

1.Текстовая часть курсовой работы выполняется на белых листах

писчей бумаги форматом А4 (210×297). Листы нумеруются и подшиваются в папку. Бланк задания вкладывается в расчетную часть задания после титульного листа.

2.Текст пишется четко и аккуратно на одной стороне листа. Слева оставляются поля шириной 30 мм, справа ˗ 15 мм, сверху и снизу ˗ по 20 мм. Запись условий каждой задачи обязательна.

3.Схемы и графики выполняются на листах миллиметровой бумаги

форматом А4 (210×297) карандашом в строго выбранных масштабах с помощью чертежных инструментов.

4.На схемах следует проставлять как буквенные обозначения, так и числовые значения размеров, нагрузок и опорных реакций с указанием соответствующих размерностей. Большинство буквенных обозначений введено лишь для выбора числовых данных из таблиц. Выкладки, с использованием этих обозначений, приводящие к громоздким формулам, не рекомендуются.

5.Все расчеты должны выполняться с соблюдением правил приближенных вычислений с точностью до трех значащих цифр. Если расчетывыполняютсянаЭВМ,вотчетеприводитсяописаниепрограммы, подшивается ее распечатка и распечатка числовых результатов.

6.При исправлении полученной от преподавателя проверенной работы не разрешается стирать вопросы и замечания, сделанные преподавателем. Мелкие исправления приводятся в соответствующем месте расчета (обязательно другими чернилами). Крупные исправления выполняются на новых листах, подшиваемых к папке работы, со ссылкой на них в месте ошибки.

7.Курсовая работа без бланка задания или оформленная с нарушением настоящих указаний не принимается.

Часть 1. РАСЧЕТЫ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ (СЖАТИИ) Задачи № 1, 2. Построение эпюр внутренних силовых факторов

Для заданных балок, находящихся под воздействием внешних нагрузок требуется:

1.Используя уравнения статики, определить опорные реакции.

2.Построить эпюры внутренних силовых факторов.

Задача № 3. Расчет фермы

В качестве расчетной схемы перекрытия машинного зала принимается плоская статически определимая ферма, находящаяся под действием приложенных в узлах сосредоточенных сил. Требуется:

1. Определить усилия во всех стержнях фермы.

2. Из расчета на прочность определить допускаемое значение параметра внешней нагрузки P. Принять [σ] = 160 МПа.

Указание.Длясжатыхстержнейдопускаемоенапряжениенеобходимо снизить: [σ]͙= φ·[σ]. Коэффициент снижения допускаемых напряжений φ выбирается по таблице (см. приложение 4) в зависимости от гибкости стержня λ , определяемой для шарнирно закрепленного стержня по формуле

λ =

 

4l0

 

,

 

 

 

d

 

1+с2

 

 

 

 

где l 0 – длина стержня, c = d0 / d,

d0 , d

 

– внутренний и наружный

диаметры кольцевого поперечного сечения.

Задача № 4. Расчет ступенчатого стержня

Расчетная схема элементов конструкции представляет собой стержень с кусочно-постоянной площадью поперечного сечения, находящийся под действием сосредоточенных сил. Требуется:

1.Построить эпюры продольной силы Nz и напряжений σ, возникающих в поперечных сечениях стержня.

2.Определить коэффициент запаса прочности для системы при

3.Построить эпюру перемещений ( ).

Указания: а) до приложения нагрузки зазор равен заданной величине Δ; б) предварительно установить, является ли рассматриваемая система статически неопределимой. Принять Е = 200 ГПа.

Задача № 5. Расчет статически неопределимой системы

Стержневая статически неопределимая система подвержена силовому и температурному воздействию. Стержни изготовлены из стали с модулем упругости Е = 200 ГПа, пределом текучести σт =300 МПа и

коэффициентом температурногорасширения α =1,25 10-5 К-1.Требуется:

1.Определить напряжения во всех стержнях системы, если температура отмеченного на схеме стержня изменяется на Т . Расчетвыполнитьвпредположении,чтосила Р отсутствует.Брус АВ считать недеформируемым.

2.Определить напряжения во всех стержнях при силовом воздействии. Расчет выполнить в предположении, что Т =0 .

3.Из расчета на прочность найти допускаемое значение силы при сочетании силового и температурного воздействия.

Указания: а) принять [n]=1,5;

б) уменьшение допускаемых напряжений для сжатых стержней не учитывать.

Часть 2. ИЗГИБ, КРУЧЕНИЕ, СЛОЖНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ Задача № 6. Расчет балки из пластичного материала

Используя схему и решение задачи № 1, требуется:

1.Для опасного сечения балки построить эпюру нормальных напряжений.

2.Из расчета на прочность, для рационально расположенного сечения, определить допускаемое значение интенсивности внешней нагрузки [q].

Задача № 7. Расчет балки из пластичного материала

Используя схему и решение задачи № 2, для балки, изготовленной из стали марки Ст. 3 с пределом текучести σт = 240 МПа, требуется:

1.Из расчета на прочность определить требуемый номер профиля двутавровой прокатной балки. Проверить прочность по нормальным и касательным напряжениям, приняв [τ]=0,6 [σ].

2.Определитьизрасчетанапрочностьразмерыпоперечныхсечений балок, имеющих форму круга диаметра d , форму кольца с заданным отношением диаметров внутреннего круга к внешнему

c0 = d0 / d и форму прямоугольника с заданным отношением сторон k = h /b.

3.Сравнить металлоемкость спроектированных балок.

4.Определить перемещение: в точке А – линейное, в точке В – угловое.

Задача № 8. Расчет многопролетной неразрезной балки

Расчетная схема несущего элемента конструкции представляется в виде неразрезной многопролетной балки с постоянной изгибной жесткостьюEIx . Для заданной внешней нагрузки требуется:

1.Методом сил раскрыть статическую неопределимость.

2.Построить эпюры поперечной силы Qy и изгибающего момента

M x .

3.Провестидеформационнуюпроверкунадругойосновнойсистеме.

4.Оценить прочность, приняв σт = 240 МПа.

Задача № 9. Расчет балки на косой изгиб

Балка находится под действием нагрузки, действующей в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Требуется:

1.Построить эпюры изгибающих моментов M x и M y .

2.Определить коэффициент запаса прочности в случае, если балка изготовлена из заданного прокатного профиля в виде двутавра.

3.Определить коэффициент запаса прочности для балки с поперечным сечением в форме круга. Диаметр кругового поперечного сечения выбрать из условия равенства металлоемкости такой балки двутавровой.

Задача № 10. Расчет многоступенчатого стержня при кручении

Стержень переменного поперечного сечения нагружен внешними крутящими моментами. Требуется:

1. Раскрыть статическую неопределимость и построить эпюры

крутящих моментов

M z , касательных напряжений τ,

относительных углов закручивания θ по длине стержня.

2.Израсчета на прочностьи жесткостьопределитьдиаметр стержня d. Принять модуль сдвига G = 80 ГПа, [τ] = 100 МПа.

3.Построить эпюру углов закручивания φпо длине стержня.

Задача № 11. Расчет пространственного трубопровода

В качестве расчетной схемы трубопровода ТЭС принимается пространственно изогнутый стержень, состоящий из прямолинейных участков. Поперечное сечение стержня – кольцевое с заданным отношениемдиаметров c = d0 / d , где d0 , d – соответственновнутренний

инаружный диаметры поперечного сечения. Требуется:

1.Построить эпюры внутренних силовых факторов.

2.Используя заданный критерий прочности, определить диаметр трубопровода d при [σ]=150 МПа.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Основной

1.Ицкович, Г. М. Сопротивление материалов. Руководство к решнию задач в 2 ч. Часть 1: учеб. пособие для академического бакалавриата / Г. М. Ицкович, Л. С. Минин, А. И. Винокуров; под ред. Л. С. Минина. – 4-е изд., испр. и доп. – Москва: Издательство Юрайт, 2018.

318 с.

2.Феодосьев, В. И. Сопротивление материалов: учебник для вузов / В . И. Феодосьев. – 17-е изд., испр. – Москва: Издательство МГТУ

им . Н. Э . Баумана, 2018. – 542 с.

Дополнительный

3.Самогин Ю. Н. Метод конечных элементов в задачах сопротивления материалов / Ю. Н. Самогин, В. Е. Хроматов, В. П. Чирков. – М.: Физматлит, 2012. – 201 c.

4.МишенковГ.В.Методконечныхэлементоввкурсесопротивления материалов / Г. В. Мишенков Ю. Н. Самогин, В. П. Чирков. – М.: Физматлит, 2015. – 472 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ДАННЫЕ К ЗАДАЧАМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Таблица 1 Данные к задаче 1

a,

b,

c,

l,

k

Вар.

м

м

м

м

1

1,0

0,6

1,0

3,4

0,40

2

1,2

0,8

0,8

3,2

0,50

3

1,6

0,9

0,8

4,0

0,35

4

1,8

0,9

1,2

4,6

1,00

5

1,2

1,0

0,6

3,8

0,55

6

1,4

1,2

0,9

4,2

0,65

7

1,0

1,1

1,1

4,0

0,65

8

1,5

1,4

1,4

4,8

0,35

9

1,6

1,4

1,2

4,8

0,70

10

1,3

1,0

1,0

4,2

1,20

11

1,2

0,9

1,0

3,8

1,10

12

0,9

0,9

0,8

3,2

0,95

13

1,2

1,4

0,6

3,9

0,95

14

1,4

1,4

0,6

4,2

0,80

15

1,8

1,5

0,8

4,6

0,87

16

1,7

1,5

1,0

5,0

0,90

17

1,3

1,8

1,1

4,8

1,00

18

1,4

1,8

1,2

4,8

1,20

19

1,0

1,2

1,4

4,2

0,35

20

1,2

1,1

1,3

3,8

0,40

21

0,9

1,0

1,4

4,0

0,45

22

0,8

1,0

0,8

3,2

0,50

23

1,0

0,8

0,9

3,4

0,50

24

1,1

1,0

1,0

4,0

0,80

25

0,7

1,3

0,9

4,3

1,40

26

1,2

1,4

0,6

4,2

1,25

27

1,3

0,5

0,9

3,7

1,50

28

1,1

0,7

0,5

4,1

0,45

29

0,9

0,8

1,1

4,2

0,25

30

0,7

1,4

1,2

3,9

0,45

Таблица 2 Данные к задаче 2

a,

b,

c,

l,

q,

P,

m,

Вар,

м

м

м

м

кН·м-1

кН

кН·м

1

1,0

0,8

0,4

3,0

10

8

4

2

1,2

0,9

0,6

3,2

8

10

10

3

1,1

0,7

0,5

3,0

4

12

5

4

0,9

0,6

0,6

2,8

6

14

8

5

1,2

0,9

0,8

3,4

8

18

7

6

0,7

0,9

1,0

3,5

9

17

7

7

0,9

1,0

0,6

3,0

6

14

9

8

1,0

1,2

0,4

3,1

7

10

4

9

1,3

0,8

0,6

3,2

10

11

4

10

1,4

0,9

0,8

3,6

4

12

8

11

0,9

0,6

0,4

2,8

5

9

7

12

1,0

0,8

0,7

3,2

5

8

9

13

1,1

0,8

0,8

3,4

6

17

10

14

1,2

1,0

0,6

3,6

9

18

11

15

0,8

0,9

0,5

3,0

10

15

6

16

0,8

0,7

1,0

3,2

11

15

8

17

0,9

0,9

1,1

3,6

4

12

9

18

1,0

1,1

1,1

4,0

5

13

7

19

1,1

1,0

0,7

3,8

6

15

7

20

1,2

0,8

0,5

3,4

7

9

5

21

1,0

0,6

0,6

3,1

7

10

9

22

0,9

0,8

0,8

3,2

8

8

10

23

1,1

1,0

0,9

3,8

5

8

6

24

1,2

1,0

0,5

3,6

9

12

7

25

1,3

0,7

1,1

3,9

6

14

12

26

0,6

0,8

1,0

3,7

5

16

15

27

0,7

0,9

1,3

3,8

9

19

5

28

0,8

1,0

1,2

4,3

7

20

7

29

1,0

0,7

1,4

4,1

8

11

6

30

0,9

0,6

1,0

3,3

6

9

7

Таблица 3

Данные к задаче 3

l,

d,

h,

k1

k2

k3

c

Вар,

м

м

м

1

0,75

0,075

0,75

1,5

2,0

3,0

0,900

2

1,25

0,095

0,95

1,7

1,2

3,2

0,895

3

1,15

0,101

1,26

2,1

1,6

1,6

0864

4

1,45

0,086

1,45

2,3

3,0

1,7

0,945

5

2,15

0,076

1,50

2,0

2,0

1,5

0,884

6

1,85

0,089

2,10

1,5

1,8

2,0

0,825

7

0,85

0,108

1,85

1,7

1,1

2,3

0,945

8

0,95

0,089

1,95

1,3

1,6

1,7

0,976

9

1,15

0,076

1,82

1,9

1,2

1,4

0,900

10

2,15

0,057

1,56

2,3

2,1

2,2

0,837

11

0,85

0,045

0,90

2,0

2,4

1,9

0,789

12

1,15

0,038

0,96

1,8

1,5

2,3

0,956

13

1,75

0,036

0,75

1,3

1,7

2,0

0,870

14

0,95

0,104

2,64

1,1

1,3

3,0

0,945

15

0,85

0,038

0,95

1,9

2,4

3,1

0,899

16

1,15

0,045

1,05

2,4

3,0

1,1

0,901

17

2,05

0,057

1,40

2,7

3,2

1,5

0,900

18

1,05

0,045

1,30

1,2

1,6

1,6

0,880

19

1,95

0,076

1,75

1,5

2,4

1,2

0,870

20

2,05

0,087

2,35

2,0

1,7

2,0

0,887

21

1,65

0,105

2,45

1,5

1,4

2,4

0,880

22

1,85

0,057

1,65

1,7

2,3

3,0

0,860

23

1,05

0,086

1,75

1,9

3,0

2,0

0,900

24

2,05

0,078

1,15

2,0

2,0

2,0

0,901

25

1,90

0,070

1,70

1,4

2,3

1,3

0,875

26

2,00

0,080

2,30

2,1

1,6

2,1

0,885

27

1,60

0,100

2,40

1,4

1,3

2,3

0,885

28

1,80

0,050

1,60

1,6

2,2

3,1

0,865

29

1,00

0,085

1,70

1,8

3,1

2,1

0,905

30

2,00

0,075

1,10

2,1

2,1

2,1

0,904

Таблица 4

Данные к задаче 4

l1,

l2,

l3,

F1,

F2,

F3,

∆,

P1,

P2,

P3,

Вар,

м

м

м

см2

см2

см2

мм

кН

кН

кН

1

1,2

1,2

1,4

16

26

28

0,10

15

20

30

2

1,4

2,2

1,4

18

28

28

0,12

20

20

30

3

1,6

2,1

1,6

20

14

19

0,11

24

25

25

4

2,0

1,8

1,7

21

27

17

0,08

25

24

25

5

2,1

1,4

1,8

23

22

21

0,12

30

24

20

6

1,9

1,7

2,0

12

18

25

0,08

14

30

20

7

1,5

1,8

2,1

10

15

15

0,15

10

36

30

8

1,8

1,4

2,9

18

15

12

0,12

18

36

40

9

2,1

2,1

2,0

16

18

18

0,14

34

45

40

10

2,0

1,0

2,1

16

20

21

0,14

30

45

45

11

1,5

1,5

2,2

14

21

22

0,10

45

50

45

12

1,7

1,8

1,8

15

22

20

0,09

48

48

38

13

1,2

1,3

1,5

21

22

15

0,11

50

28

38

14

1,9

1,2

1,2

18

15

14

0,16

45

28

25

15

1,5

1,7

1,5

16

14

18

0,10

26

34

20

16

1,3

1,8

1,4

15

12

18

0,17

25

34

20

17

1,6

1,5

2,1

15

17

14

0,16

16

38

40

18

1,6

2,0

2,4

12

18

14

0,15

17

37

40

19

2,0

1,7

1,6

12

20

20

0,12

18

44

45

20

1,8

1,8

1,6

19

22

20

0,08

10

45

45

21

1,9

1,2

1,3

19

24

22

0,09

22

47

38

22

2,1

1,4

1,8

23

23

28

0,10

28

47

38

23

1,5

2,0

1,5

22

18

25

0,12

36

48

24

24

1,5

2,0

2,0

24

19

24

0,14

30

22

22

25

2,1

1,8

1,5

13

21

21

0,11

19

40

35

26

1,9

1,7

1,5

18

23

23

0,09

15

42

40

27

1,8

1,3

1,4

18

25

21

0,08

25

41

35

28

2,2

1,5

1,7

24

24

28

0,11

30

45

36

29

1,6

2,1

1,4

23

19

25

0,10

38

48

25

30

1,6

2,1

2,0

25

20

24

0,12

32

25

22

 

 

 

Таблица 5

 

 

Таблица 6

 

 

Таблица 7

Данные к задаче 5

Данные к задаче 6

 

Данные к задаче 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a,

b,

c,

F,

T,

σт,

[n]

с0

k

[n]

Вар,

м

м

м

см2

K

 

Вар,

МПа

 

Вар,

1

1,7

2,0

1,2

15

40

 

1

240

1,5

 

1

0,90

1,0

1,5

2

1,5

2,2

1,5

16

45

 

2

210

1,6

 

2

0,87

1,1

1,7

3

1,5

2,0

1,4

14

39

 

3

210

1,8

 

3

0,70

2,2

1,8

4

2,0

1,6

1,4

18

-26

 

4

240

1,9

 

4

0,95

1,4

1,7

5

1,9

1,8

1,7

18

24

 

5

250

1,7

 

5

0,89

1,3

1,4

6

1,6

1,8

1,7

16

-40

 

6

240

1,7

 

6

0,86

1,8

1,6

7

1,4

2,4

1,0

20

-36

 

7

230

1,8

 

7

0,91

1,5

1,6

8

1,7

2,0

1,0

22

27

 

8

280

1,8

 

8

0,92

1,5

1,6

9

1,8

1,8

1,2

24

34

 

9

280

1,9

 

9

0,89

1,0

1,8

10

1,8

1,8

1,5

24

38

 

10

260

1,9

 

10

0,83

2,0

1,9

11

2,4

2,1

1,3

25

-36

 

11

260

2,0

 

11

0,82

2,1

2,0

12

2,4

2,1

1,7

18

-28

 

12

230

2,0

 

12

0,87

0,9

1,7

13

1,2

2,2

1,0

17

36

 

13

210

1,6

 

13

0,92

0,8

1,8

14

1,4

2,4

0,9

19

39

 

14

210

1,7

 

14

0,90

1,1

1,6

15

1,6

2,8

1,1

12

34

 

15

240

1,8

 

15

0,89

2,3

1,6

16

2,0

1,6

1,2

15

-30

 

16

280

1,9

 

16

0,88

2,1

1,8

17

2,2

1,7

1,3

16

-28

 

17

280

1,8

 

17

0,92

2,0

1,8

18

2,4

1,8

1,3

16

-50

 

18

250

1,6

 

18

0,91

1,0

1,9

19

1,5

2,0

1,0

20

-40

 

19

270

1,5

 

19

0,89

1,4

1,9

20

1,6

1,9

1,7

21

36

 

20

260

1,8

 

20

0,90

1,7

2,0

21

1,7

2,2

1,6

22

39

 

21

260

1,8

 

21

0,70

1,8

1,5

22

1,8

2,5

1,6

26

33

 

22

210

1,7

 

22

0,84

0,9

1,6

23

1,9

2,6

1,5

17

36

 

23

210

1,6

 

23

0,85

1,0

1,7

24

1,6

2,0

1,0

14

-32

 

24

240

1,5

 

24

0,90

0,7

1,6

25

1,4

2,1

1,1

21

-41

 

25

250

1,6

 

25

0,88

1,5

1,8

26

1,7

1,8

1,8

22

35

 

26

260

1,7

 

26

0,91

1,6

2,1

27

1,6

2,1

1,7

23

34

 

27

270

1,8

 

27

0,75

1,5

1,6

28

1,7

2,4

1,6

25

36

 

28

230

1,7

 

28

0,85

0,8

1,6

29

1,8

2,5

1,4

18

32

 

29

240

1,5

 

29

0,82

1,0

1,7

30

1,6

2,1

1,1

15

-37

 

30

280

1,6

 

30

0,93

0,7

1,5

Соседние файлы в папке Курсач