Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет статически определимых конструкций при различных видах нагружения. Учебно-методическое пособие
.pdf
При растяжении продольных волокон балки напряжения положи-
4
4
yx
d05,0
64
d
JJ
d5,0
J
x
J
W;
d5,0
J
y
J
W
y
max
y
y
x
max
x
x
3
0,1
xy
W W d
12
bh
J;
12
hb
J
3
y
3
x
6
bh
W;
6
hb
W
2
y
2
x
4
4
π
(1 )
64
xy
D
J J c
3
4
π
(1 )
32
xy
D
W W c
тельны, при сжатии – отрицательны. Ось х – нейтральная ось сечения, на которой напряжения равны нулю (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Деформация изгиба.
Распределение нормальных напряжений
по высоте поперечного сечения
Геометрические характеристики сечений, используемые в
расчетах на изгиб:
Круглое сечение
Осевой момент инерции сечения:
(м4).
Осевой момент сопротивления сечения:
(м3).
.
Прямоугольное сечение
Осевой момент инерции сечения:
(м4).
Осевой момент сопротивления сечения:
(м3).
Кольцевое сечение
Осевой момент инерции сечения:
(м4).
Осевой момент сопротивления сечения:
(м3).
31
Условие прочности при изгибе:
max
σσ
изг
x
M
W
σ
max
σ
x
M
W
max
σ
x
MW
max
σ σ .
изг
x
M
W
рс
σσ
рс
σσ
, (4.3)
где
– допускаемое напряжение, выбирается так же, как при рас-
тяжении-сжатии.
Условие прочности позволяет решать три вида задач:
– подбор сечения:
;
– определение грузоподъемности:
;
– проверка прочности:
При расчетах балок на прочность необходимо учитывать, что
при изгибе возникают деформации растяжения одних волокон и сжатия других. Если для материала балки
, то расчет ведут по
наиболее нагруженным точкам сечения. Хрупкие материалы обычно
характеризуются тем, что
. Такие балки необходимо прове-
рять на прочность по растягивающим и сжимающим напряжениям.
Сечения, симметричные относительно нейтральной оси, рассчитывают по наименьшему допускаемому напряжению.
При несимметричном относительно нейтральной оси сечении
расчет следует вести и по растягивающим, и по сжимающим напряжениям. При выборе рациональной (экономичной с точки зрения
расходования материала) формы сечения балки, следует учитывать,
что для повышения несущей способности (уменьшения σ
) необхо-
max
димо стремиться к увеличению осевого момента сопротивления.
Установлено, что к рациональным формам сечения при изгибе относятся те формы поперечного сечения, у которых при одинаковом
расходе материала осевой момент сопротивления наибольший.
32
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАЧИ
МПа420;МПа250
вт
Задача 4. Расчет на прочность и жесткость при изгибе.
Порядок выполнения
1. Определяются опорные реакции бруса.
2. Определяются поперечные силы и изгибающие моменты на
каждом участке нагружения. Строятся эпюры.
3. Устанавливается опасный участок, для которого записывается
условие прочности и подбираются сечения бруса.
5. Выбирается экономичное сечение.
Задание
Для статически определимой балки:
определить поперечные силы и изгибающие моменты, по-
строить эпюры;
подобрать поперечное сечение заданной формы, исходя из
условий прочности (принять коэффициент запаса n=3);
построить график нормальных напряжений в опасном сече-
нии.
Исходные данные (табл. П2, расчетные схемы конструкций –
рис. П3, механические характеристики материалов – табл. П3–П6)
№: 0 0 1
А В С
Схема № 1 (рис. 4.4);
l=10a=0,5 м;а=0,05 м;
а1=2а=0,1 м; а2=3а=0,15 м; а3=2а=0,1 м; а4=4а=0,2 м;
q=5 кН/м; Р1=qa=0,25 кН;
m1=6,0qa2=0,075 кН м2; h=1,5b; d=0,8D.
Материал: брус III – Ст 20.
Механические характеристики материала: Ст.20:
Е=200000 МПа; G=80000 МПа;
Коэффициент запаса прочности принять n=3.
33
.
Рис. 4.4. Графическая часть
34
Определим вертикальные реакции в шарнирных опорах RA, RB.
11
11
11
11
0;
0;
10 4 0 2 0;
10 4 10 8 0;
2
0,8 0,20 ;
10
5 10 8
3,8 0,95 ;
10
B
А
i
i
A
B
A
B
М
М
R a m q a P a
R a m q a a P a
m P a
R qa кН
a
m q a a P a
R qa кН
a
1
0 4 0;
i A B
Y R R P q a
02za
1
2
1
;
0,5 .
Q qz
М qz
11
02
2
11
02
0; 2 0,5 ;
0; 2 0,025 .
z z a
z z a
Q Q qa кН
M M qa кН м
24a z a
2
2
2
;
0,5 2 .
B
B
Q qz R
М qz R z a
22
24
22
22
24
1,8 0,45 ; 0,2 0,05 ;
2 0,025 ; 0,4 0,005 .
z a z a
z a z a
Q qa кН Q qa кН
M qa кНм M qa кН м
08za
3
31
;
.
A
A
QR
М R z m
Уравнения равновесия для статически определимой балки:
проверка
проверка сошлась.
Определим поперечные силы и изгибающие моменты на каж-
дом участке нагружения, пользуясь методом сечений.
I участок:
Тогда на границах участка:
II участок:
Тогда на границах участка:
III участок:
(справа);
(справа);
(слева);
35
Тогда на границах участка:
33
08
22
33
08
0,8 0,2 ; 0,8 0,2 ;
6 0,075 ; 0,4 0,005 .
z z a
z z a
Q qa кН Q qa кН
M qa кНм M qa кН м
2
max
6 0,075M qa кН м
max
2
max
6
83,33 ;
p
m
XX
M
qa
МПа
W W n
6 3 3
max
6
75
0,9 10 0,9
83,33 10
X
M
W м см
2
3
3
2
0,375 ;
6
0,9
0,0134 1,34 ;
0,375
2,69 .
x
bh
Wb
b м см
F b h см
3
3
2
2
;
32
0,9
0,0210 2,10 ;
0,1
3,46 .
4
x
d
W
d м см
d
F см
4
3
3
3
2
2
2
1 0,0580 ;
32
0,9
0,0250 2,5 ;
0,0580
1 1,77 .
4
x
Dd
WD
D
D м см
Dd
F см
D
Опасное сечение – сечение А,
Так как в опасном сечении момент отрицательный, верхние во-
локна растянуты, нижние - сжаты.
Подбор сечений
Условие прочности
1. Прямоугольное:
h/b=1,5;
.
.
2. Круглое:
3. Кольцевое:
d/D=0,8;
36
Наиболее экономичным является кольцевое сечение, затем пря-
Сечение
Wx, см
3
F, см2
F/F
кольца
Кольцевое
0,9
1,77
1
Прямоугольное
0,9
2,69
1,52
Круглое
0,9
3,46
1,96
р
max
σ
c
max
σ
max
σ
р
max max
σσ
c р
моугольное (квадратное) сечения. Наименее экономичным является
круглое сечение (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Сравнение сечений
Построение графика нормальных напряжений для прямоуголь-
ного сечения. Нейтральная ось сечения проходит через центр тяжести
сечения С. На верхней границе сечения наибольшие положительные
напряжения
, на нижней границе сечения – наибольшие отрица-
тельные напряжения
.
.
=[]=83,33 МПа;
.
37
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. Требование к оформлению расчетно-графической работы
Расчетно-графическая работа состоит из четырех листов графи-
ческой части и пояснительной записки. Графическая часть выполняется на чертежной бумаге форматом A4 по ГОСТ 2.301-68. Каждый лист
чертежей должен иметь основную надпись (угловой штамп), расположенную в правом нижнем углу формата, и содержательные заголовки
к каждому построению на листе. Все надписи делаются чертежным
шрифтом, начинаются с прописных букв и располагаются параллельно основной надписи. Построения на листах делаются в масштабах в
соответствии с ГОСТ 2.301-68. Текст пояснительной записки размещается на одной стороне писчей бумаги форматом А4. Рукописный
текст и формулы пишутся чернилами или пастой. Пояснительная
записка должна содержать титульный лист, задание, основной текст
записки, включающий четыре раздела, список использованной литературы.
2. Пример выбора исходных данных
Для выбора исходных данных необходимо под тремя последни-
ми цифрами номера зачетной книжки подписать буквы А, В, С. Из
каждого вертикального столбца табл. П1, обозначенного внизу буквой, взять число, стоящее в горизонтальной строке, номер которой
совпадает с номером буквы.
Например: № 31324. При С = 4, В = 2, А = 3 получим следую-
щее: Схема № 4, a=0,3 м; момент пары сил М=4 кН м; сосредото-
ченная сила Р1=3 кН;
ная сила P2=2 кН; точка приложения K;
=45; точка приложения E; сосредоточен-
1
=30; интенсивность
2
распределенной нагрузки q=6 кН/м; участок действия распределенной нагрузки CL.
Расчетная схема, соответствующая выбранным данным, показа-
на на рис. П1.
38
Таблица П1
№
Схе-
ма
а, м
М,
кНм
P1
_
P2
_
Распределенная нагрузка
Точка
при-
ложе-
ния
1
Р1,
кН
Точка
при-
ложе-
ния
2
Р2,
кН
Уча-
сток
q,
кН/м
Направление
1 1 0,2 2 L
45 1 E
60 3 CK
4
На горизонтальных
участках
q
На вертикальных
участках
q
На наклонных
участках
q
q
2 2 0,3 3 E
60 2 K
30 4 CL
5
3 3 0,4 4 H
30 3 L
60 2 EK
6
4 4 0,2 2 E
45 1 L
30 3 CK 4 5 5 0,3 3 K
30 2 E
45 4 CL 5 6 6 0,4 4 L
60 3 H
45 2 EK 6 7 7 0,2 2 H
30 1 L
60 3 CK
4
8 8 0,3 3 E
45 2 H
60 4 CL
5
9 9 0,4 4 L
30 3 H
45 2 CK 6 0 0 0,2 3 H
60 2 E
30 4 CL
5
С В А В С А В С А В
А
30
30
P1
_
P2
_
H
E
K
C
L
M
A
B
D
q
1.5a
1.5a
a
a
a2a
2a
Исходные данные
Рис. П1. Построение расчетной схемы конструкции (вариант 324)
39
3. Исходные данные для выполнения расчетно-графической
H
E
K
C
L
M
A
B
D
1.5a
1.5a
a
3a
3a
3a
схема 1 схема 2
схема 3 схема 4
схема 5 схема 6
H
E
K
C
L
M
A
B
3a 3a
a
2a
1.5a 1.5a
H
E
K
C
L
M
A
B
a
1.5a
1.5a
1.5a
2a
1.5a
30
H
E
K
C
L
M
A
B
D
1.5a
1.5a
a aa2a 2a
H
E
K
C
L
M
A
B
D
4a
a
2a
2a
3a
H
E
K
C
L
D
M
A
3a
2a
2a
2a2a
2a
2a
2a
B
работы
Задача 1. Определить реакции опор и давление во внутреннем
шарнире составной плоской рамы.
Рис. П2. Схемы конструкций
(окончание см. на с.41)
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]