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

Лекции в презентациях. 2 курс / Лекция Осесимметричный изгиб пластин

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
29.06.2021
Размер:
234.72 Кб
Скачать

4.ОСЕСИММЕТРИЧНЫЙ ИЗГИБ КРУГОВЫХ ПЛАСТИН

Рассмотрим круговую пластину

 

 

 

 

 

радиуса R, толщиной h,

 

 

z

y

 

нагруженную силами

 

 

 

 

 

 

 

 

симметрично расположенными

 

 

 

r

 

 

 

 

относительно оси пластины Oz.

h

 

R

 

 

Деформации, перемещения и

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

напряжения, возникающие в

 

 

 

 

θ

пластине, будут также

 

 

 

 

 

симметричны относительно

 

 

 

 

 

оси z.

 

 

 

 

 

Расчет круговых и кольцевых пластин целесообразно проводить в полярной системе координат, связанной с декартовыми координатами соотношениями x = r cos , y = r sin , где r

радиус рассматриваемой точки на срединной плоскости пластины, θ — полярный угол (окружная координата).

При расчете круговых пластин примем гипотезы, аналогичные принятым при расчете тонкостенных оболочек. Будем рассматривать пластины, у которых прогибы много меньше ее толщины (жесткие пластины) и в поперечных сечениях возникают только изгибающие моменты и поперечные силы.

Нормальные перемещения и относительные деформации в круговых пластинах.

 

φ

Примем за нормальный прогиб

w

пластины w — перемещения

 

точек срединной плоскости

 

пластины, отсчитываемые от

r

 

горизонтальной плоскости

 

вдоль оси z.

 

Угол поворота нормали к поверхности пластины φ связан с прогибом очевидным соотношением = − dwdr .

При отрицательном прогибе w 0 имеем положительный угол поворота нормали (угол поворота поперечного сечения пластины).

Относительная деформация в радиальном направлении.

Рассмотрим произвольное

А1

 

А2

волокно CD, имеющее длину

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz и отстоящее на расстоянии

 

 

z

 

 

z от срединной плоскости.

C

 

 

D

 

 

 

B1

 

B2

 

 

А

 

А

1

 

2

После деформации пластины

φ

φ+

нормаль А1В1 повернется на

С

D

угол φ, нормаль А2В2 на угол

 

 

В

В

(φ+). Волокно CD

1

2

 

 

удлинится.

 

 

(CD) = (C D CD)= z tg( + d ) z tg z( + d ) z zd

Относительная радиальная деформация

r =

(CD)

=

zd

= −z

d 2w

CD

dz

dr2

 

 

 

Относительная деформация в окружном направлении.

Длина окружности, проходящая через точку С до изгиба пластины равна S0 = 2 r .

После изгиба пластины длина окружности

 

 

 

 

 

 

 

Sk

= 2 (r + ztg ) 2 (r + z ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Относительная окружная деформация

 

 

 

 

 

 

 

= S =

2 (r + z ) 2 r

 

=

 

z

 

= −

z

 

dw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S0

 

2 r

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

r

 

 

dr

 

 

 

 

 

 

Радиальные и окружные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

напряжения в элементе круговой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

пластины, вырезанном двумя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

осевыми сечениями под углом и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

двумя цилиндрическими

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поверхностями радиусами r и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(r+dr) определяются согласно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

закону Гука.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r =

 

 

E

 

 

r + = −

 

 

Ez

 

 

 

 

d

2w

+

1 dw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1

)

 

 

(1

) dr

 

 

 

 

 

 

r dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

E

 

 

+ r = −

 

Ez

 

 

 

 

1 dw

+

 

 

d 2w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

)

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

2

 

(1

 

(1

 

 

) r dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Радиальный изгибающий момент — момент, действующий в радиальном направлении (погонный момент), Н•м/м

 

h 2

 

 

 

 

h 2

 

Ez

 

 

d 2w

 

1 dw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M r = − r

z dz = +

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

dz =

(1

2

)

dr

2

r dr

 

h 2

 

 

 

 

h 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d 2w

 

 

1 dw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= D

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr2

 

 

r dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окружной изгибающий момент — момент, действующий в окружном направлении (погонный момент), Нм/м

h 2

h 2

 

Ez

 

 

 

1 dw

 

d 2w

 

 

 

 

 

 

М = − z dz = +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

dz =

(1

2

)

r dr

dr

2

h 2

h 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=D 1 dw + d 2wr dr dr2

Здесь D =

Eh3

12(12 ) — цилиндрическая жесткость пластины.

Уравнение равновесия элемента круговой пластины в усилиях.

Q — поперечные силы,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

возникающие на

 

 

 

 

 

 

 

 

p

радиальных гранях,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Q+dQ)

 

 

 

 

Q

Mθ k

погонные силы — Н/м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Mr+dMr)

pdr rd — внешняя

 

 

 

 

Mr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сила от нормального

 

 

 

 

r

 

 

 

Mθ

 

 

 

 

 

 

давления p на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поверхности пластины

 

 

 

 

r

 

dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Oz = 0 pdr rd + Qrd (Q + dQ)(r + dr)d = 0

 

dQ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pr = r

+ Q

 

1 d

 

 

 

 

 

 

 

 

(Q r) = p

 

 

 

dr

 

 

 

 

 

 

 

 

r dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнение моментов относительно правого края элемента

momk = 0 M r rdr + (Q rd )dr (M r + dMr )(r + dr)d + + 2M dr sin( d 2) + pdr rd dr2 = 0

dMr + (M r M ) = p dr r

Уравнение равновесия в перемещениях, его решение.

После подстановки в последнее уравнение равновесия моментов их выражения через нормальный прогиб получим

 

d

3w

+

 

1 d

 

2w

 

 

1 dw

= Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

dr2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r 2 dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d 2w

 

 

 

 

1 dw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

1 d

dw

 

 

 

 

+

 

= Q

→→илиD

 

= Q

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

 

 

 

dr

2

 

 

 

 

 

 

r dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

r dr

dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

d ( w)

 

 

= Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 d

 

 

 

 

 

1 d

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где =

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

— оператор Лапласа в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr2

 

 

 

 

 

r dr

 

 

 

r dr

 

dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

полярной системе координат для осесимметричной деформации.

После подстановки последнего соотношения в 1-ое уравнение равновесия получим уравнение равновесия в перемещениях

D w = p

После четырехкратного интегрирования получим решение для

прогибов

w(r) = C + C r2

+ C ln r + C r2 ln r + w ,

 

1 2

3

4

 

где w — частное решение. Для случая постоянного давления

= pr4

по поверхности пластины w 64D .

С1 ÷ С4 — постоянные интегрирования, определяемые из граничных условий на краях кольцевой пластины при r = r1 и

r = r2 . На каждом краю пластины формулируют по два краевых условия.

Жестко закрепленный край

Шарнирно-опертый край

 

r

 

w = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

w

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

dw

= 0

 

 

 

 

 

 

d 2 w

 

dw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

 

 

M

r

= D

 

 

 

+

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

 

r dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свободный край

 

 

 

 

 

 

Нагруженный край

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m0

 

 

 

 

 

 

Mr = m0

 

d 2 w

 

 

dw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M r = D

 

 

+

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qr = q

 

 

r

 

 

 

d

 

( w)= 0

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q = D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В результате дифференцирования решения для прогибов круговой пластины получим соотношения для углов поворота, изгибающих моментов и поперечной силы через постоянные интегрирования С1 ÷ С4.

= −

dw

= −

 

2C2r + C3

1

+ C4r(1 + 2ln r) +

 

 

pr3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

 

 

r

16D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d 2w

 

 

 

 

1 dw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 )

 

 

M r = D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

=

D

2C2

(1 + ) C3

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

2

 

 

 

 

r dr

 

 

r

2

dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ C4 ((3 + ) + 2(1 + ) ln r))+

 

pr2

(3 + )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 dw

 

 

 

 

 

d 2w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 )

 

 

M = D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

= D

2C2

(1 + ) + C3

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr2

 

 

r

2

 

r dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ C4 ((1 + 3 ) + 2(1 + ) ln r))+

 

pr2

(1 + 3 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

w

 

 

 

1 d

2

 

w

 

 

1 dw

 

 

D

 

 

 

 

pr

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q = D

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 4C4

 

+

 

 

 

 

 

dr

3

 

r dr

2

r

2

 

dr

r

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Всплошной пластине из условия ограниченности решений в центре при r = 0 полагаем С3 =С4=0. Тогда решение для

прогибов имеет вид

w(r) = C1 + C2r2 + w