- •Тема 9 визначення переміщень при згинанні. Розрахунок балок на жорскість
- •9.3. Диференціальні залежності при згинанні
- •Ці залежності, після деякого перетворення, можна розташувати послідовно: . (9.10)
- •9.4. Визначення переміщень в балках методом початкових параметрів
- •Підставляючи в ці рівняння , отримаємо:
- •Таблиця 9.1
- •Підставляємо координату перерізу с (м) в рівняння (б). Отримаємо:
- •9.5. Тести до теми №9 “Визначення переміщень при згинанні. Розрахунок балок на жорсткість” Таблиця 9.2
Підставляючи в ці рівняння , отримаємо:
; (9.22)
. (9.23)
Отже, довільні сталі інтегрування тадорівнюють відповідно куту повороту та прогину на початку координатта. Ці сталі прийнято називатигеометричними початковими параметрами. Підставляючи в рівняння (9.15) замість сталих інтегрування тапочаткові параметрита, отримаємо:
. (9.24)
Для випадку кількох моментів та сил, а також кількох ділянок розподіленого навантаження, рівняння для прогинів можна скласти у вигляді, рекомендованому М.Д.Полонським:
. (9.25)
Рівняння (9.25) зазвичай називають універсальним рівнянням пружної лінії.
Диференціюючи рівняння (9.25), дістаємо універсальне рівняння кутів повороту перерізів:
, (9.26)
У рівняннях (9.25), (9.26) прийняті такі позначення: тип зовнішнього силового фактора (); показник ступеня, який отримується при інтегрування диференціального рівняння пружної лінії; координата перерізу, у якому прикладена зосереджена сила або момент, або координата перерізу, у якому починається дія розподіленого навантаження. Відповідні величини показника ступеня та типи зовнішнього фактора наведені у таблиці 9.1.
Таблиця 9.1
Тип зовнішнього навантаження |
Показник ступеня |
Зовнішній момент |
2 |
Зосереджена сила |
3 |
Інтенсивність розподіленого навантаження |
4 |
Тангенс кута нахилу дотичної до епюри навантаження |
5 |
Знаки складових у рівняннях (9.25) і (9.26) визначаються знаком згинального моменту, який викликається відповідним силовим фактором.
Характерною особливістю методу початкових параметрів є те, що для визначення переміщень не треба складати та інтегрувати диференціальне рівняння зігнутої осі балки. Достатньо скласти універсальне рівняння пружної лінії (9.25), з умов на опорах знайти початкові параметри і знову скористатися універсальним рівнянням, щоб обчислити прогин у перерізі, що розглядується.
Розглянемо кілька прикладів визначення перемещень за методом початкових параметрів.
Приклад 9.9. Визначити прогин посередині прольоту балки, наведеної на рис.9.14, і кут повороту пререрізу С на лівому кінці балки. Матеріал балки сталь з модулем пружності МПа. Балка є двутавром № 20 з моментом інерціїсм4.
Рис.9.14
Розв’язок:
1. Визначимо опорні реакції. Для цього складемо два рівняння рівноваги:
. Звідки кН;
. Звідки кН.
2. Вибираємо початок координат на правому кінці балки в точці В, вісь прогинів спрямована вгору, вісь ліворуч. Яким чином у данному випадку визначається вибір початку координат? Якщо вибрати початок координат на лівому кінці балки в перерізі С, то попередньо треба відшукати обидва початкових параметри, тому що ні кут повороту перерізу С, ні прогин в цьому перерізі завчасно невідомі. Для їх визначення потребується скласти систему з двох рівнянь і розв’язати її відносно невідомих початкових параметрів. Якщо ж вибрати початок координат на правому кінці балки в перерізі В, то відшукувати треба буде лише один початковий параметр – кут повороту перерізу В . Другий початковий параметр – прогин в перерізі В– визначати не треба, тому що він дорівнює нулеві з граничної умови на опорі В.
3. Разбиваємо балку на ділянки (Рис.9.14) і записуємо універсальне рівняння пружної лінії (9.25) для останньої ділянки:
(а)
4. З рівняння (а) визначаємо початковий параметр з умови, що прогин перерізу А прим дорівнює нулю:
.
Звідки:
.
5. Визначаємо прогин посередині прольоту балки при м. З огляду на те, що переріз посередині балки належить першій ділянці, викреслюємо з універсального рівняння всі члени, що належать другій та третій ділянкам. Отримаємо:
.
Підставляємо чисельні значення модуля пружності та моменту інерції в отриманий вираз. Маємо:
м =мм.
Знак “” означає, що напрім прогину не співпадає з напрямом осі .
6. Визначаємо кут повороту перерізу С. Для цього скристаємося виразом (9.26). Зважаючи на те, що переріз С належить третій ділянці, складемо рівняння для кута повороту для цієї ділянки:
. (б)