- •Прикладная механика.
- •Предисловие
- •Задача 1. Проектный расчёт стержневой системы Условие задачи
- •Теоретические основы решения
- •Пример решения задачи 1
- •1. Определение продольных усилий в опорных стержнях
- •2. Подбор площади сечения стержней
- •Теоретические основы решения
- •(Окончание)
- •Задача 2. Проверочный расчёт бруса Условие задачи
- •Пример решения задачи 2
- •1. Построение эпюры продольных сил
- •2. Вычисление нормальных напряжений и проверка прочности
- •3. Построение эпюры продольных перемещений и проверка жёсткости
- •Задача 3 проектный расчёт вала при кручении Условие задачи
- •Теоретические основы решения
- •Пример решения задачи 3.
- •1. Построение эпюры крутящих моментов
- •2. Подбор диаметра вала
- •3. Эпюры касательных напряжений и углов закручивания сечений вала
- •Задача 4. Проверочный расчёт консольной балки Условие задачи
- •Теоретические основы решения
- •Пример решения задачи 4
- •2. Проверка прочности по нормальным напряжениям
- •3. Нахождение наибольшего нормального напряжения при торможении
- •Задача 5 проектный расчёт двухопорной балки Условие задачи
- •Теоретические основы решения
- •Пример решения задачи 5
- •1. Вычисление опорных реакций
- •2. Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов
- •3. Подбор сечений
- •Задача 6 подбор диаметра вала при изгибе с кручением Условие задачи
- •Теоретические основы решения
- •Пример решение задачи 6
- •1. Определение крутящего момента
- •2. Составление расчётной схемы вала
- •3. Построение эпюры крутящего момента
- •5. Построение эпюры изгибающего момента
- •5. Определение диаметра вала
- •Задача 7. Эпюры внутренних усилий в плоской раме Условие задачи
- •Теоретические основы решения
- •Пример решение задачи 7
- •1.Определение опорных реакций
- •2. Построение эпюр внутренних усилий
- •Задача 8 определение допускаемой угловой скорости рамы при равномерном вращении Условие задачи
- •Теоретические основы решения
- •Пример решения задачи 8
- •Задача 9 определение допускаемой высоты падения груза на балку Условие задачи
- •Теоретические основы решения
- •Пример решения задачи 9
- •1. Условие прочности балки при ударе
- •2 Наибольшее значение изгибающего момента
- •3. Статическое перемещение в месте удара
- •4. Определение допускаемой высоты падения
- •Задача 10 расчёт на устойчивость центрально сжатого стержня Условие задачи
- •Теоретические основы решения
- •Пример решения задачи 10
- •2. Нахождение критической сжимающей силы
- •Допускаемого напряжения
- •Приложение
- •Кратных и дольных физических величин системы си
- •Библиографический список
Пример решения задачи 10
Для центрально-сжатого стержня (рис. 10.2) длина стержня l = 4 м. Материал стержня ‒ сталь Ст. 5, вид поперечного сечения стержня задан схемой (рис. 10.2, б). Дано значение а = 30 мм = 3 см.
1. Определение допускаемой силы.
Условием
устойчивости по коэффициенту φ (10.5)
содержит допускаемое напряжение на
устойчивость
.
|
|
|
|
а |
б |
Рис. 10.2
Тогда значение допускаемой силы [Pу] для центрально сжатого стержня равно
.
(10.6)
Для
вычисления [Pу]
нужно знать площадь А
поперечного сечения заданного стержня
и значение коэффициента
,которое
выбирается из табл.10.6 по значению
гибкости данного стержня
,
вычисляемой по формуле (10.2). Подставляем
в эту формулу
(он указан на схеме стержня);
– минимальный момент инерции заданного
сечения ‒ это один из двухглавных
моментов инерции сечения Imax
и Imin.
Главные моменты инерции ̶ это моменты инерции относительно так называемых главных осей, в которых центробежный момент инерции равен нулю. Для выполнения расчётов нужно найти значения Imax, Imin и взять Imin .
Сначала, используя заданное значение a = 3 см, выполним чертёж сечения в масштабе и проставим числовые значения характерных размеров (рис. 10.3, б).
Рассматриваемое сечение имеет следующие особенности.
Во-первых, сечение имеет две оси симметрии, поэтому центр тяжести всего сечения находится на их пересечении − в точке С1. Через эту точку проведём центральные оси всего сечения xс и yс (рис. 10.3, б).
Во-вторых,
для рассматриваемого симметричного
сечения центробежный момент инерции в
осях xс
и
yс
равен нулю, и это означает, что центральные
оси всего сечения xс
и
yс
есть главные оси, и центральные моменты
инерции сечения
и
есть искомые главные моменты инерции
Imax,
Imin.
В-третьих, рассматриваемое сечение ‒ составное, и моменты инерции нужно вычислять, используя моменты инерции отдельных фигур, составляющих сечение. Сечение можно представить состоящим из следующих простых фигур: прямоугольника высотой 4а =12мм и шириной 3а =9мм и двух вырезов в виде полукругов диаметром 2а=6мм, т. е. составное сечение разложим на отдельные элементы (или фигуры). Присвоим им индексы i = 1, 2,3.
Изобразим эти элементы отдельно, нанесём их центры тяжести и через точки проведём собственные оси каждого элемента (см. рис. 10.3, в, г). Заметим, что центр тяжести полукруга удалён от диаметра (см. табл. П.5 Приложения к данному пособию) на расстояние, равное
.
|
|
|
|
а ─ Заданная схема сечения |
б ─ Чертёж сечения |
|
|
|
|
в ─ 1-й элемент сечения |
г ─ 2-й и 3-й элементы сечения |
Рис. 10.3
Оси элементов перенесём на составное сечение (рис. 10.3, б).
Возьмём за вспомогательные оси координат оси (x1, y1). Тогда координаты центра тяжести всего сечения равны нулю: xс=0, yс=0, и координаты центра тяжести каждой фигуры следующие:
,
,
.
Вычислим центральные моменты инерции всего сечения, используя формулы моментов инерции относительно параллельных осей:
![]()
,
(10.7)
в которые входят геометрические характеристики элементов cечения: площади Аi, осевые Ixi, Iyi моменты инерции относительно собственных осей элементов (xi, yi); и расстояния между осями ai = yi - yc, bi = xi - xc.
Значения площади и моментов инерции элементов cечения относительно собственных осей элементов подсчитаем по формулам, представленным в таблице П.5 (см. Приложение к данному пособию).
Необходимо сделать следующее примечание: для отверстий площадь и моменты инерции считаем отрицательными. В нашем примере отверстиями являются полукруги, для них площадь и моменты инерции принимаем со знаком « ‒ ».
Для 1-го элемента (прямоугольника) получим
см2,
см4,
см4.
Для 2-го и 3-го элементов (полукруга) получим:
см2,
см4,
см4.
Теперь по (10.7) вычислим осевые моменты инерции всего сечения. Осевой момент инерции относительно оси xc равен
![]()
см4,
Осевой момент инерции относительно оси yc
![]()
![]()
см4.
Найденные центральные моменты инерции есть главные моменты инерции сечения. Укажем значения главных моментов инерции Imax, Imin:
см4,
см4.
Потеря устойчивости происходит в плоскости минимального момента инерции Imin = 563 мм4, поэтому при вычислении гибкости стержня радиус инерции равен

Теперь подсчитаем гибкость стержня по (10.2),

Из
табл. 10.5 выписываем соотношения для 2-х
ближайших значений
(λ
= 70 и λ
= 80).
Имеем: при гибкости λ = 70 коэффициент φ = 0,81,
при гибкости λ = 80 коэффициент φ = 0,75.
С
помощью прямой пропорции (или
интерполирования) находим нужное
значение
коэффициента
для
гибкости λ
= 75,5, учитывая с ростом гибкости уменьшение
значения
:
![]()
Теперь найдём значение допускаемой силы по (10.6):
=![]()






