Скачиваний:
7
Добавлен:
08.11.2022
Размер:
16.16 Mб
Скачать

В итоге имеем СЛАУ относительно четырех неизвестных C1 ,

C3

, C4

,

 

sin

kl

0

 

 

0

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

kl

 

kl

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

sin

cos

1

 

C

0

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

sin kl

cos kl

0

 

C

4

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

0

 

 

 

 

 

 

kl

k cos

kl

 

 

kl

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k cos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

2

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раскрыв определитель, получим трансцендентное уравнение.

f

Наименьший корень

Fкр

2,3312 EJmin

l2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2,331

 

 

 

kl 2,331,

 

 

k

 

 

 

 

кр

 

 

 

 

 

l

2

EJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

min

 

 

 

2EJ

min

 

 

2EJ

min

 

,

 

 

1,347 .

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l2

1,347l

 

 

 

 

 

 

 

 

2,331

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 5.

F

l 2

l

2

Получить ДУ для определения

z

F

 

 

кр

 

M

A

A

 

Fкр

Fкр

и записать ГУ к ним. Участок 1 ( 0 z l / 2 )

y

M

 

 

x

 

v

F

z

 

кр

 

1

 

 

 

 

 

R

z

 

 

 

 

 

y

R

R

B

 

B

R

R

0

 

0

Fкр

 

 

 

 

M x ,

 

M x Fкрv1 Rz

,

EJminv1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fкрv1 Rz .

 

 

 

 

 

EJminv1

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

R

 

F

 

 

v

 

 

кр

v

 

z

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

EJ

 

 

1

 

 

EJ

 

 

F

 

 

 

 

 

min

 

 

 

 

min

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр

 

 

k 2

Fкр

 

 

 

 

v k 2v k 2

R

z .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJmin

 

 

 

1

 

 

1

 

 

Fкр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

C

sin kz C

cos kz

R

z .

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v* частное решение

Участок 2 ( l / 2 z l )

y

F

 

 

 

R

 

 

 

 

кр

 

 

 

 

R

l / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M x

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJminv2

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M x Fкр ( v2 ) Rz R z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

прогиб имеет знак!

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

v

R

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр 2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fкр

 

 

R

 

l

 

 

 

2

 

 

 

 

2

R

 

l

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

k

v

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ

 

 

2

 

 

EJ

 

 

2

 

 

2

 

 

2

 

 

 

F

 

2

 

 

 

 

min

 

 

 

min

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

C sin kz C

cos kz

R

 

 

l

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

3

 

 

4

 

 

 

F

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v* частное решение

5констант C1 , C2 ,

1)при z

C3 , C4 , R

0,

v

0;

 

1

 

 

4)

при

пять ГУ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

при

z

l

, v

0;

3)

при z

l

,

v 0;

 

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

l

 

 

; 5)

 

при

z l,

 

0.

 

 

 

 

2

, v1 v2

 

v2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 6. Получить ДУ для определения

R

R

y

0

 

 

 

0

 

l

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

RA R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

mA 0,

Rl Fкр f 0

 

 

R Fкр

f

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fкр

и записать ГУ к ним.

Участок 1 ( 0 z l / 2 )

y

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M x

,

 

 

M x

Rz Fкр

 

f

z

,

 

 

 

 

 

 

 

EJminv1

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

F

 

 

 

f

 

 

 

EJ

v F

 

z

v

 

кр

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

min 1

 

 

 

 

 

кр

l

 

 

1

 

EJ

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

min

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

2

 

 

 

Fкр

 

 

 

k

2

 

f

z .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJmin

v1

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

C k 2

f

 

z2

,

 

v C z C k 2

f

 

z3

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

l

 

 

2

 

 

1

1

 

2

 

 

 

 

 

l

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Участок

2 (

l

/ 2

z

l

)

EJ

min

v

 

2

M x

,

y

R

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

v

 

 

 

 

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v k

2

v

k

2

f

 

1

 

z

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

M

x

F

 

f

v Rz F

 

 

f

v

 

 

кр

 

2

 

 

 

 

кр

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

F

f

 

1

z

F

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр

 

 

 

 

 

кр

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

кр

v

 

 

кр

f

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

EJmin

 

2

 

EJmin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

C sin kz C

cos kz f

 

1

 

 

2

3

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

f

z

 

кр

 

 

l

 

l

z

.

 

 

l

 

 

5 констант

C1

,

C2

,

C3

,

C4

,

f

– пять ГУ:

v* частное решение

1)при z 0, v1 0;

4)при z

Точное решение данной задачи

2) при z l

l / 2,

v

v

;

 

1

2

 

kl 4,32

/2, v1 f ;

5)при z

3)

 

при z l / 2,

v2 f ;

l, v

2

0.

 

 

 

 

k 2

 

4,322

 

Fкр

 

F

4,322 EJ

min

 

 

2EJ

min

 

2EJ

min

,

0,726.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l2

 

EJmin

 

кр

l

2

 

 

 

 

2

0,726l 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4,32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснение.

Получаемое значение коэффициента оценив возможный диапазон значений

всегда можно проанализировать,для каждой задачи.

F

F

F

F

F

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1 2

 

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

В примере 4 получили 1,347 .

В примере 6 –

0,726.

Сопротивление материалов

К.т.н., доцент Елена Геннадьевна Алексеева

Энергетический метод определения критической нагрузки

 

Критическая нагрузка

Fкр

U

(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

2

dz

– потенциальная энергия деформации стержня при изгибе

 

 

2

 

EJmin (v )

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

dz

– перемещение сечения, где приложена сила.

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

(v )

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJmin (v )2dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

0

 

 

(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(v )2 dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

l – геометрическая длина стержня

l0 – длина участка стержня, сжимаемого силой.

Выражение для прогибов

v(z)

выбирают приближенным. Для

получения приемлемого результата по энергетическому методу функция v(z) должна удовлетворять всем ГУ: кинематическим и статическим.

Кинематические ГУ:

v 0, равенство нулю прогиба;

v 0 , равенство нулю угла поворота.

Статические ГУ:

v 0 , равенство нулю изгибающего момента, который пропорционален

кривизне

M

x

EJ

min

v

 

;

 

 

 

 

 

 

0 ,

равенство нулю поперечной силы,

– v

Q

 

dM

x

 

 

 

 

 

 

y

 

dz

 

 

 

 

 

 

Qy

EJ

 

 

min

v

 

 

.

Функция v(z) в энергетическом методе одна для всех участков, поэтому

условия стыковки участков не используются.

z

F

l

l0

y

Примеры ГУ z

 

 

 

 

F

 

z l , v

 

0

 

 

 

z l, v 0,

 

 

 

 

 

 

 

0.

 

 

 

 

 

 

v

z l0 , v 0

 

l

 

 

 

 

 

 

 

z l0

, v 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l0

 

 

z 0,

v 0,

y

 

 

 

 

 

 

 

 

z 0,

v 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v 0.