ответы на билеты, страница 14
Описание файла
Документ из архива "Ответы на билеты", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "сопротивление материалов" из 3 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "к экзамену/зачёту", в предмете "сопротивление материалов" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "ответы на билеты"
Текст 14 страницы из документа "ответы на билеты"
Изменение dU потенциальной энергии деформации, являющейся функцией сил , , ,..., произошло за счет очень малого приращения одной из этих независимых переменных , поэтому дифференциал такой сложной функции равен:
Что касается величины , то эта работа в свою очередь является разностью работы нагрузок Р для положений и :
Работа при одновременном и постепенном возрастании сил Р равна:
При вычислении работы учтем, что ее величина всецело определяется окончательной формой деформированной балки и не зависит от порядка, в котором производилась нагрузка.
Предположим, что мы сначала нагрузили нашу балку грузом ; балка очень немного прогнется (Рис.2, положение III), и прогибы ее в точках 1, 2, 3 будут . Работа статически приложенной нагрузки будет равна . После этого начнем постепенно нагружать балку одновременно возрастающими грузами , , .
Рис.2. Расчетная модель к теореме Кастильяно.
К первоначальным прогибам добавятся прогибы (Рис.2). При этой стадии нагружения силы , , произведут работу , кроме этого, произведет работу уже находившийся на балке груз ; он пройдет путь , и так как при втором этапе нагружения он оставался постоянным, то его работа равна Балка займет положение , показанное на Рис.2 пунктиром.
Таким образом, полная работа, проделанная внешними нагрузками при переходе балки из недеформированного состояния в положение , будет равна.
Теперь вычислим
Пренебрегая слагаемым второго порядка малости, получаем:
Подставляя полученные значения dU и в исходное уравнение, находим
или
Таким образом, в рассмотренном случае прогиб точки приложения сосредоточенной силы , равен частной производной потенциальной энергии деформации по этой силе.
Полученный результат можно обобщить. Пусть на балку помимо сосредоточенных сил Р действуют в разных сечениях еще пары сил М (Рис.3). Мы можем повторить предыдущие рассуждения, считая, что балка переводится из положения в положение путем добавки к паре . Весь ход рассуждений остается без изменений, надо будет лишь при вычислении работы моментов , ... умножать их не на прогибы, а на углы поворота , ,... тех сечений, где эти пары приложены. Тогда dU будет равно станет , и в итоге получим:
Рис.3. Обобщенная расчетная модель к теореме Кастильяно.
Так как — это перемещение, соответствующее силе , a — перемещение, соответствующее силе то полученные нами результаты можно формулировать так: производная потенциальной энергии деформации по одной из независимых внешних сил равна перемещению, соответствующему этой силе. Это и есть так называемая теорема Кастильяно, опубликованная в 1875 г.
Заметим, что присутствие на балке сплошной нагрузки не меняет предыдущих выводов, так как всякую сплошную нагрузку можно рассматривать как состоящую из большого числа сосредоточенных сил.
Предыдущий вывод был сделан для балки, но совершенно ясно, что его можно повторить для любой конструкции, деформации которой следуют закону Гука.
Для случая изгиба нами была получена формула, связывающая величину потенциальной энергии U с изгибающими моментами:
Изгибающий момент является линейной функцией нагрузок , …, , ,..., q, приложенных к балке:
в этом легко убедиться, просмотрев формулы для вычисления изгибающих моментов при построении эпюр. Следовательно, потенциальная энергия является функцией второй степени от независимых внешних нагрузок.
Вычислим частную производную от U по одной из внешних сил, например . Получаем:
Здесь мы имеем дело с так называемым дифференцированием определенного интеграла по параметру, так как М(х)— функция и и х, интегрирование производится по х, а дифференцирование по параметру . Как известно, если пределы интеграла постоянны, то следует просто дифференцировать подинтегральную функцию.
Таким образом, прогиб в точке приложения сосредоточенной силы равен:
а угол поворота сечения с парой
Напомним, что знак предела l условно показывает, что интеграл должен охватить всю балку.
Билет 25
1) Связь между характеристиками упругости свойств материала E,G,мю.
Расчёт на прочность при изгибе:
σmax ≤ [σ] ≤ στ / nτ ,где σmax = Mx max / Wx
НАПРЯЖЕНИЕ ПРИ ИЗГИБЕ И РАСЧЕТ БРУСЬЕВ НА ПРОЧНОСТЬ |
|
Во всех точках поперечного сечения бруса при поперечном изгибе возникают нормальные и касательные напряжения (на рис. 5.1,6 эти напряжения показаны в точках, отстоящих на расстоянии Y от оси X): |
|
Рис. 5.1 |
Условные обозначения. |
Mx, Q - внутренние усилия: изгибающий момент и поперечная сила, они изменяются вдоль бруса и определяются с помощью построения эпюр; |
у - координата точек поперечного сечения, в которых определяются напряжения; |
b - ширина сечения в месте определения касательных напряжений; |
Jx - главный центральный момент инерции -момент инерции относительно центральной оси х, |
сx* - статический момент относительно нейтральной оси ж той части площади поперечного сечения, которая расположена выше (или ниже) продольного сечения - выше или ниже уровня у, в точках которого определяются касательные напряжения. |
|
Эти формулы выведены в главных центральных осях поперечного сечения бруса. На рис. 5.1 это оси X, У. При этом ось Y совпадает с осью симметрии сечения, а ось X, перпендикулярная плоскости изгиба, проходит через центр тяжести сечения и является нейтральной осью: нормальные напряжения в точках этой оси равны нулю. Ось Z - ось бруса. |
Таким образом, на уровне у напряжения, определяемые вышеприведенными формулами, постоянны, не зависят от координаты X. |
С увеличением координаты у нормальные напряжения увеличиваются и в наиболее удаленных от нейтральной оси точках достигают наибольшего значения: |
|
Для расчетов используется специальная геометрическая характеристика - момент сопротивления сечения при изгибе: |
|
Касательные напряжения, наоборот, уменьшаются и в наиболее удаленных от нейтральной оси точках обращаются в нуль, а а области нейтральной оси достигают наибольших значений (рис. 5.1,г). Кроме того, наибольшие значения касательных напряжений значительно меньше максимальных значений нормальных напряжений: так для консольного стержня прямоугольного поперечного сечения, нагруженного сосредоточенной силой на свободном конце, отношение максимальных значений этих напряжений |
|
где l, h - длина бруса и высота его поперечного сечения. |
Поэтому, при l >> h, что имеет место в большинстве случаев, касательные напряжения по сравнению с нормальными пренебрежимо малы и при расчетах на прочность не учитываются. |
Условие прочности имеет следующий вид: |
|
- допускаемое напряжение. |
2)Расчёт на прочность при изгибе. Понятие о расчётном и нормативном коэффициенте запаса, расчёт по допускаемым напряжениям. Процесс расчета бруса на прочность следует вести в определенной последовательности. При этом необходимо: |
|
Далее на каждом участке выбирается произвольное сечение, для которого составляются выражения для определения внутренних усилий, по которым строятся эпюры (графики) этих усилий. |
По эпюрам внутренних усилий определяются опасные сечения, в которых эти усилия достигают наибольших значений. |
В большинстве случаев основным внутренним усилием при расчетах бруса на прочность является изгибающий момент и связанные с ним нормальные напряжения. |
3. В опасных сечениях определить максимальные нормальные напряжения и для наибольшего из этих напряжений проверить выполнение условия прочности. |
После определения положения опасных сечений с наибольшими значениями изгибающих моментов, в этих сечениях вычисляют наибольшие нормальные напряжения: |
а) Для брусьев из пластичного материала, при равенстве по величине пределов текучести при растяжении и сжатии, наибольшие расчетные напряжения возникают в "опасных" точках, которые наиболее удалены от нейтральной оси. |
Эти напряжения сравниваются с допускаемым напряжением : |
|
после чего делается заключение о прочности бруса. |
б) Если же брус изготовлен из хрупкого материала: , то в опасных сечениях наибольшие нормальные напряжения определяются и в растянутых, и в сжатых зонах поперечного сечения и путем сравнения их с соответствующими допускаемыми напряжениями при растяжении и сжатии : |
|
решается вопрос о прочности бруса. |
Билет 26