Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
4(правка).doc
Скачиваний:
114
Добавлен:
29.03.2015
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

Пример 1

Определить запас устойчивости для стального стержня (Ст. 3) круглого поперечного сечения диаметром d = 32 мм, шарнирно закрепленного концами, длиной м, сжимаемого силойкН.

Решение

1. Определяем гибкость стержня.

Радиус инерции см.

Приведенная длина см.

Гибкость .

Гибкость оказалась меньше 100, но больше 40, следовательно, стержень относится к разряду средней гибкости.

2. Определяем критическое напряжение по формуле Ясинского–Тетмайера:

МПа,

коэффициенты а и b определяем из справочных таблиц.

3. Определяем действующее напряжение:

Па = 62,2 МПа,

.

Проектировочный расчет, связанный с подбором сечений, – это процесс более трудоемкий. Задача решается методом последовательных приближений.

Пример 2

Подобрать прямоугольное сечение с отношением сторон для стержня с жестко закрепленным одним концом и шарнирно опертым другим. Коэффициент запаса [n]у = 2, длина стержня . Стержень центрально сжимается силойкН. Материал Ст.3, МПа.

Решение

1. Определяем площадь поперечного сечения

, м = 17 см2,

см, принимаем см.

2. Вычисляем гибкость.

Радиус инерции

см.

Гибкость .

Стержень относится к разряду стержней большой гибкости.

3. Проверяем правильность выбора сечения по уровню 5 %-го отклонения от заданного запаса устойчивости.

,

критическое напряжение находим по формуле Эйлера.

МПа,

МПа,

1,05МПа,

Па = 111,0 МПа > 40 МПа.

Проверка показывает, что стержень перегружен более, чем на 5 %, что недопустимо.

Следовательно, проводим второе приближение.

Принимаем см,

см;

МПа;

МПа;

1,05МПа;

МПа;

> 63,8 МПа;

= 63,8 МПа < 63,88 МПа.

Подобранное сечение удовлетворяет условию устойчивости.

14.5. Практические методы расчета на продольный изгиб

В предыдущем разделе указывалось, что расчет на устойчивость в зависимости от гибкости проводится по трем различным формулам. Такой подход весьма нежелателен, так как является возможным источником некоторых ошибок.

Анализируя формулы критических напряжений для стержней средней и большой гибкости, можно сделать вывод, что центрально сжатые стержни теряют свою несущую способность из-за потери устойчивости раньше, чем из-за потери прочности, так как критическое напряжение всегда меньше предела прочности:

σкр < σоп,

где σоп = σт  для пластичных материалов; σоп = σв  для хрупких материалов, где σв – предел прочности.

Для стержней малой гибкости несущая способность стержней определяется прочностью материала:

σ =  ≤ [σ],

где [σ] = ; [n] – запас прочности.

При продольном изгибе условие устойчивости, как было рассмотрено выше, записывается в виде

F ≤ .

Поделив левую и правую части неравенства на площадь поперечного сечения A, получим

 =  ≤  . (14.24)

Меньшие значения [n]у принимают при большей гибкости.

Принимая= [σy], получим формулу

 =  ≤  [σу]. (14.25)

Допускаемое напряжение при расчете на устойчивость можно сопоставить с допускаемым напряжением при расчете на простое сжатие [σсж]

 = =. (14.26)

Здесь  – коэффициент уменьшения допускаемого напряжения при продольном изгибе по сравнению с допускаемым напряжением при простом сжатии.

В этой формуле величины [n], [n]у и σоп постоянны для каждой конкретной задачи, а величина σкр зависит от гибкости стержня. Отсюда следует, что коэффициент  всегда меньше единицы, зависит, в первую очередь, от гибкости стержня (геометрического фактора) и от механических свойств материала (σпч, кривая устойчивости):

 = f(λ,σпч). (14.27)

Учитывая выражение (13.27), получим

[σ]у = [σсж]. (14.28)

Коэффициент  в зависимости от гибкости λ может быть вычислен для разных материалов и представлен в виде табл. 14.1.

Таблица 14.1

Гибкость λ

Коэффициент 

Ст2, Ст3, Ст4

Ст5

Чугун

Дерево

0

1,00

1,00

1,00

1,00

10

0,99

0,98

0,97

0,99

20

0,96

0,95

0,91

0,97

30

0,94

0,92

0,81

0,93

40

0,92

0,89

0,69

0,87

50

0,89

0,86

0,57

0,80

60

0,86

0,82

0,44

0,71

70

0,81

0,76

0,34

0,60

80

0,75

0,70

0,26

0,48

Окончание табл. 13.1

Гибкость λ

Коэффициент 

Ст2, Ст3, Ст4

Ст5

Чугун

Дерево

90

0,69

0,62

0,20

0,38

100

0,60

0,51

0,16

0,31

110

0,52

0,43

–

0,25

120

0,45

0,36

–

0,22

130

0,40

0,33

–

0,18

140

0,36

0,29

–

0,16

150

0,32

0,26

–

0,14

160

0,29

0,24

–

0,12

170

0,26

0,21

–

0,11

180

0,23

0,19

–

0,10

190

0,21

0,17

–

0,09

200

0,19

0,16

–

0,08

При наличии аналогичных таблиц можно достаточно просто рассчитывать стержни на устойчивость.

Условие устойчивости имеет вид

 ≤  [σу]. (14.29)

Так как σ = , а [σ]у =  [σ]сж, то условие устойчивости принимает вид

 =  ≤  [σ]сж, (14.30)

или

σ = ≤ [σ]сж. (14.31)

При расчете на устойчивость вводится полная площадь Абр поперечного сечения, местные ослабления сечения практически не изменяют величину критической силы.