- •7.2. Примеры расчета перемещений в балках методом начальных параметров Пример
- •Решение
- •7.3. Определение перемещений методом Мора
- •7.4. Определение перемещений способом Верещагина
- •7.5. Примеры определения перемещений методом Мора и способом Верещагина Пример
- •Решение
- •4. Определить прогиб сечения с способом Верещагина.
- •Решение
- •Вопросы для самопроверки
- •Содержание и порядок выполнения работы
- •Содержание и порядок выполнения работы
- •Глава VIII. Расчет статически неопределимых плоских систем
- •8.1. Понятие о статически неопределимых системах, степени статической неопределимости, основной и эквивалентной системах, методе сил
- •8.2. Канонические уравнения метода сил
- •8.3. Примеры раскрытия статической неопределимости
- •8.3.1. Расчет многопролетной балки Пример
- •Решение
- •8.3.2. Расчет статически неопределимой рамы Пример
- •8.3.3 Использование свойств симметрии в статически неопределимых рамах Пример
- •Решение
- •8.3.4. Расчет статически неопределимого вала Пример
- •8.3.5. Расчет статически неопределимых систем при растяжении-сжатии Пример
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольная работа № 9.
- •Содержание и порядок выполнения работы
- •Содержание и порядок выполнения работы
- •Содержание и порядок выполнения работы
- •Содержание и порядок выполнения работы
- •Глава IX. Косой изгиб
- •9.1. Понятие косого изгиба
8.3.4. Расчет статически неопределимого вала Пример
Определить размеры статически неопределимого стального вала из условия прочности, определить угол закручивания сечения А (рис. 8.33).
1. Раскрыть статическую неопределимость вала с помощью канонических уравнений метода сил.
Задача один раз статически неопределима. Основная система может быть выбрана путем отбрасывания связи С или В. Загружая основную систему моментами М1, М2, М3 и неизвестным моментом Х1, получаем эквивалентную систему (см. рис. 8.33, б). Неизвестная сила Х1 определяется из канонического уравнения
11х1 + 1F = 0.
Коэффициент 11 и свободный 1F член канонического уравнения определяем по способу Верещагина. Перемножая эпюры МкF и на соответствующих участках, определяем1F, умножая эпюру саму на себя, определяем11.
,
Рис. 8.33
где
1. Построение суммарной эпюры крутящих моментов.
Строим эпюру (см. рис. 8.33, д) и на основании равенства МI = МкFi + Мк1i – окончательно суммарную эпюру крутящих моментов (см. рис. 8.33, е).
Сечение |
Значение изгибающего момента |
Участок В |
М = –300 – 19,84 = –319,84 Нм |
Участок ВЕ Е |
М = –319,84 Нм |
Участок ЕD Е |
М = 300 – 19,84 = 280,16 Нм |
Участок ЕD D |
М = 280,16 Нм |
Участок DK D |
М = –100 – 19,84 = –119,84 Нм |
Участок DK K |
М = –119,84 Нм |
Участок KС K |
М = –19,84 Нм |
Участок KС С |
М = –19,84 Нм |
2. Деформационная проверка решения.
Умножая суммарную эпюру крутящих моментов (М) на эпюру по правилу Верещагина, определяем угол закручивания сечения С относительно В, который по условию закрепления должен быть равен нулю.
Погрешность составляет 0,07 %.
3. Расчет размеров поперечного сечения вала.
Принять [] = 80 МПа. Опасные сечения будут на участке ВЕ, т.к. здесь наблюдается наибольший крутящий момент при наименьшем диаметре вала.
Из условия прочности
,
где ,
определяем диаметр
Принимаем диаметр d1 = 28 мм, d2 = 32 мм, d3 = 30 мм.
4. Определение угла закручивания сечения А.
Для определения угла закручивания сечения А приложим в основном состоянии единичный скручивающий момент в этом сечении и построим эпюру(см. рис. 8.33,ж).
Перемножая эпюру М и эпюру по правилу Верещагина, определим угол закручивания сеченияА.
или
.
8.3.5. Расчет статически неопределимых систем при растяжении-сжатии Пример
Для стержня, показанного на рис. 8.34, определить:
а) диаметр на различных участках из условия прочности;
б) перемещение сечения 1-1 стержня.
Материал стержня – сталь (чугун). Модуль продольной упругости: для сталиЕ = 2105 МПа, для чугуна Е = 1,2105 МПа). Предел текучести для стали 30, Т = 300 МПа, предел прочности для чугуна СЧ28-48 =280 МПа, = 1000 МПа.
l = 0,5 м; А1 = А; А2 = 3А; А3 = 2А; F1 = 120 кН; F2 = 80 кН.
1. Раскрыть статическую неопределимость системы с помощью канонических уравнений метода сил.
Задача один раз статически неопределима, т.к. уравнение статики может быть записано одно FZ = 0, а неизвестных реакций две (RA, RB), рис. 8.34.
Основная система может быть выбрана путем отбрасывания связи А или В (рис. 8.35, а).
Загружая основную систему силами F1, F2 и неизвестной силой Х1, получаем эквивалентную систему (см. рис. 8.35, б).
Неизвестная сила Х1 определяется из канонического уравнения:
11х1 + 1F = 0.
Коэффициент 11 и свободный член уравнения определяем по способу Верещагина.
Рис. 8.35
Строим эпюру (см. рис. 8.35,д).
2. Построить суммарную эпюру продольных сил. На основании принципа независимости действия сил .
Сечение |
Значение изгибающего момента |
А |
N = 30,59 кН |
L (участок AL) |
N = 30,59 кН |
L, K (участки LD, DC, CK) |
N = –80 + 30,59 = –49,41 кН |
K (участок KВ) |
N = 40 + 30,59 = 70,59 кН |
Эпюра продольных сил (N) приведена на рис. 8.35, е.
3. Деформационная проверка решения.
Перемножая по правилу Верещагина эпюру N и эпюруN1, определяем перемещение сечения А, которое по условию наложенной связи должно быть равно нулю.
Погрешность составляет: .
4. Рассчитать размеры поперечного сечения стержня .
Наиболее опасными сечениями являются сечения на участке ВK. На этом участке наибольшая продольная сила N = 70,59 кН при наименьшем сечении стержня. Принимая коэффициент запаса n = 1,5, определяем допускаемое напряжение в случае стального стержня (сталь 30). Определяем диаметр d1 на 1-м участке.
Принимаем по нормальному ряду линейных размеров d1 = 22 мм.
.
Напряжение в этом случае будет равно
.
; ;
; .
Для чугунного стержня ;n = 2,5;
.
.
Принимаем d1 = 28 мм. Площадь . Напряжение в этом случае на участкеВK . Перенапряжение , что допустимо.
; .
; .
5. Определить перемещения сечения 1-1 стального стержня. Для определения перемещения 1-1 в стержне АВ необходимо в основной системе (см. рис. 8.35, ж) приложить единичную силу = 1, построить эпюру(см. рис. 8.35,з) и затем перемножить эту эпюру и эпюру N по правилу Верещагина.
.
Сечение 1-1 перемещается вниз на 0,14 мм.
Пример
Абсолютно жесткий брусА-В шарнирно поддерживается стальными стержнями, крепится посредством опорных устройств (рис. 8.36) и нагружен силами F1 и F2. Произвести проектировочный расчет, принимая коэффициент запаса n = 2, предел текучести т = 380 МПа, F1 = 2F2, F2 = 200 кН, A1 = 2A, A2 = A. Брус АВ принять недеформируемым. Устойчивость стержней обеспечена.
1. Определить степень статической неопределимости.
Неизвестных усилий 4 (два на опоре С и по одному в 1-м и 2-м стержнях). Уравнений статики, свойственных для данной системы, можно записать 3. Следовательно, задача один раз статически неопределима.
2. Раскрыть статическую неопределимость системы.
Рис. 8.37 |
Рис. 8.38 |
Выбирается основная система путем отбрасывания связи K или D (рис. 8.37). Основная система превращается в эквивалентную систему (рис. 8.38). Коэффициенты канонического уравнения 11х1 + 1F = 0 определяются способом Верещагина. На рис. 8.39, 8.40 приведены эпюры продольных сил в основном состоянии от сил F1, F2 и . Усилия в стержнях от заданных силF1, F2 и определяются из уравнения статики
МС = 0; ;кН.
Стержень 1 – сжимается.
|
; ;
От единичной силы первый стержень также сжимается.
Учитывая, чтоN1 = и, строим эпюрыN1 (рис. 8.41) и N (рис. 8.42).
3. Деформационная проверка.
Перемножая по правилу Верещагина эпюру N и эпю-ру , определяем перемещение связи K, которое по условию равно нулю.
4. Определить диаметры стержней из условия прочности . Напряжение в первом и втором равны по величине;. Допускаемое напряжение
; .
Принимаем диаметр d2 = 17 мм. Тогда ,, .