2.Принцип возможных перемещений.Теорема о взаимном перемещении.

При́нцип возмо́жных перемеще́ний — один из вариационных принципов механики, устанавливающий общее условие равновесия механической системы. Согласно этому принципу для равновесия механической системы с идеальными связями необходимо и достаточно, чтобы сумма работ dAi, всех приложенных к системе активных сил на любом возможном перемещении системы была равна нулю.

Количество уравнений, которые можно составить для механической системы, исходя из принципа возможных перемещений, равно количеству степеней свободы этой самой механической системы.

Возможных перемещений принцип, один из вариационных принципов механики, устанавливающий общее условие равновесия механической системы. Согласно Возможных перемещений принцип, для равновесия механической системы с идеальными связями (см. Связи механические) необходимо и достаточно, чтобы сумма работ dAi, всех приложенных к системе активных сил на любом возможном перемещении системы была равна нулю. Математически Возможных перемещений принцип выражается уравнениемгде Fi — действующие активные силы, dsi — величины возможных перемещений точек приложения этих сил, αi — углы между направлениями сил и возможных перемещений. Для систем с несколькими степенями свободы уравнение (1) должно составляться для каждого независимого перемещения в отдельности.

Таким образом, Возможных перемещений принцип позволяет найти условия равновесия системы, не вводя неизвестных реакций связей, что существенно упрощает решение и расширяет класс разрешимых задач. Например, с помощью

Теорема о взаимности перемещений

Пусть в первом состоянии к системе приложена сила , во втором Обозначим перемещения, вызванные единичными силами (или единичными моментами ) символом . Тогда перемещение рассматриваемой системы по направлению единичной силы в первом состоянии (то есть вызванное силой ) — , а перемещение по направлению силы во втором состоянии — .

На основании теоремы о взаимности работ

, но , поэтому , или в общем случае действия любых единичных сил:

Полученное равенство носит название теоремы о взаимности перемещений (или теоремы Максвелла): для двух единичных состояний упругой системы перемещение по направлению первой единичной силы, вызванное второй единичной силой, равно перемещению по направлению второй силы, вызванному первой силой.

Б7

1 .Статически определимые фермы.Расчет способом вырезания узлов.

Кинематический анализ

Расчету ферм предшествует кинематический анализ.

Целью кинематического анализа является исследование геометрической неизменяемости и статической определимости расчетной схемы фермы.

Число степеней свободы фермы удобно определят по формуле

W = 2У – С,

где У – количество шарнирных узлов в ферме;

С = Cэл.ф. + С0 ,

где Cэл.ф. – количество стержней фермы;

Соп – число опорных связей.

Для того, чтобы ферма была статически определимой должно выполнятся следующее условие W=0. Кроме того, чтобы система была геометрически неизменяема, должна выполнятся еще одно условие – ферма должна быть правильно образована.

Нулевые стержни фермы и их выявление

Ферма, находящаяся под действием внешних нагрузок, может иметь ненагруженные элементы, в которых усилия равны нулю. Такие стержни называются нулевыми, но это не означает что они не нужны, при других схемах загружения они могут включатся в работу.

Нулевые стержни могут быть выявлены на этапе предварительного анализа, и это существенно может упростить последующие расчеты.

Признаки определения нулевых стержней:

1. Если к узлу с двумя стержнями, не лежащими, на одной прямой, не приложена внешняя нагрузка, то усилия в них равны нулю (рис. 1.2,а);

2. Если в узле сходятся три стержня, две из которых лежат на одной прямой и нагрузка в узле отсутствует, то в третьем стержне, расположенном под углом к этой прямой, усилие равно нулю (рис.1.2,б);

3. Если в узле сходятся два стержня, а нагрузка направлена вдоль оси одного из них, то усилие на другой равен нулю

Аналитическое определение продольных усилий в стержнях фермы

Аналитический расчет начинается с определения опорных реакций, перед расчетом для удобства наклонные силы можно разложить на вертикальные и горизонтальные составляющие, а распределенные нагрузки на узловые.

Имеется три основных способа расчета:

1. Вырезание узлов;

2. Моментных точек;

3. Проекций.

Способ вырезания узлов. Вокруг узла мысленно выполняется замкнутое сечение. Рассеченные стержни заменяются внутренними усилиями, после чего составляются уравнения равновесие узла.

Так как узел находится в равновесии под действием сходящейся системы сил, то для него можно составить только два уравнения равновесия:

∑х=0; ∑y=0.

Поскольку для каждого узла можно составить два уравнения, нужно выявить такую последовательность вырезания узлов, при которой на каждом этапе определяются не более двух неизвестных усилий. Поэтому начинать расчет следует с узла, в котором сходится не более двух стержней. Усилия, найденные из расчета предыдущего узла, передаются на рассматриваемый узел как известные с учетом полученных знаков.

Правило знаков: если усилие направлено от узла, то оно положительно (со знаком «+»), если – к узлу, то отрицательно (со знаком «-»).

Положительные усилия вызывают растяжение стержней, отрицательные – сжатие. Применение способа показано при нахождении усилий в стержнях СЕ и DF.