Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методичка по сопромату (I семестр)

.pdf
Скачиваний:
75
Добавлен:
18.02.2016
Размер:
3 Мб
Скачать
☆

 

 

 

 

 

 

100

yc

= y0 =

2110 ,95

=

2110

,95

= 0,0265 м;

ЕJ

7,9454

10 4

 

 

 

 

 

EJy

A

= EJy

 

 

= 2110.95 −692.4 3 −

10 34

= 2110.95 −2077.2 −33.75 = 0

 

 

 

 

I

 

x=3м

 

 

 

 

 

 

 

 

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJyD = EJyII

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

5.54

 

 

40

2.52

 

153.5

2.53

 

 

10

2.54

 

 

 

= 2110.95 − 692.4 5.5 −

 

 

 

24

−

 

 

2

+

 

 

6

 

 

+

 

24

=

 

 

 

 

x

=5.5м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2110.95 −3808.2 −381.28 −125 +399.74 +16.28 = −1787.51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yD = −1787.51 = −

1787.51

 

 

= −0.0225 м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.9454 104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJyE = EJyIII

 

 

 

 

 

 

 

10 84

 

40

 

52

 

153.5

53

10

54

 

 

120

2.53

 

 

 

= 2110.95 −692.4 8 −

 

24

 

 

−

 

2

 

 

+

6

 

 

+

24

−

 

 

6

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

=8м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2110.95 −5539.2 −1706.67 −500 +3197.92 + 260.42 −312.5 = −2489.08

 

 

 

 

 

 

 

yE = −

2489.08

= −

 

2489.08

 

 

= −0.0313 м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.9454 104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJyB = EJyI V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 134

 

 

40 102

 

 

153.5

103

 

 

10 10

4

 

 

= 2110.95 − 692.4 13 −

 

 

24

 

−

 

2

+

 

6

 

 

+

 

24

−

 

 

 

 

 

x=13м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

120 7.53 −

20 54

= 2110.95 −9001.2 −11900.42 −2000 + 25583.33 + 4166.67 −

 

6

 

 

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−8437.5 −520.83 = 31860.95 −31859.95 =1.

Похибка обчислень складає ε = 318591 100.95 = 0.0031% ≈ 0 , тому можна вважати, що yB = 0.

Отримаємо універсальне рівняння пружної лінії для кутів повороту. Для цього продиференцюємо універсальне рівняння пружної лінії для прогинів.

′

 

 

q1x3

 

 

 

M (x −3)1

 

VA (x −3)2

 

q1(x −3)3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJy

= EJθ = EJθ0

−

3!

 

 

−

1!

+

2!

 

+

3!

 

 

−

 

←

 

I

 

 

 

←

 

II

 

 

 

 

 

 

 

0

≤x≤3м

 

 

 

 

 

 

 

3м≤x≤5.5м

 

 

 

101

 

 

 

 

 

 

 

−

 

F(x −5.5)2

 

 

 

 

 

 

−

 

q

2

(x −8)3

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

←

 

 

III←

 

IV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.5м≤x≤8м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8м≤x≤13м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обчислюємо кути повороту на межах ділянок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θc =θ0 = −

692,4

 

= −

 

 

 

 

 

 

692,4

 

 

 

 

= −0,0087 рад;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ

 

7,9454 104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

′

 

 

 

 

= −692.4 −

10 33

 

= −692.4 −45 = −737.4

 

 

 

 

EJyA

= EJyI

x=3м

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θA

= −

737.4

 

= −

 

 

 

 

 

 

737.4

 

 

 

 

 

 

= −0.0093 рад.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ

 

 

7.9454 104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 5.53

 

 

 

40 2.5 153.5 2.52

 

10 2.53

 

 

 

 

 

 

 

= −692.4 −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

+

 

 

=

 

 

EJyD

= EJyII

x=5.5м

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −692.4 − 277.29 −100 + 479.69 + 26.04 = −563.96

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θD

= − 563.96

= −

 

 

 

 

 

563.96

 

 

 

 

 

= −0.0071 рад.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.9454 104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

′

 

= −692.4 −

10

83

 

 

 

−

40 5

+

153.5 52

+

10 53

−

120 2.52

=

EJyE = EJyIII

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

6

 

 

2

 

 

 

 

 

x=8м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −692.4 −853.33 − 200 +1918.75 + 208.33 −375 = 6.35

 

 

 

 

 

 

 

 

θE

= 6.35

=

 

 

 

 

6.35

 

 

 

 

= 7.99 10−5 рад.≈0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.9454 104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 133

 

 

 

 

 

 

40 10

 

 

 

153.5 102

 

 

10 103

 

120 7.52

 

 

 

= −692.4 −

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

−

 

 

−

EJyB = EJyIV

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

6

 

2

 

 

20 53

 

x=13м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

= −692.4 −3661.67 −400 +7675 +1666.67 −3375 −416.67 = 795.93

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θB =

795.93

=

 

 

 

 

 

 

 

795.93

 

 

 

 

 

= 0.01 рад.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.9454 104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Побудувати пружну лінію балки і перевірити умову жорсткості.

102

За обчисленими значеннями прогинів і кутів повороту на рис. 3.17,д побудовано пружну лінію балки. Для наочності масштаб прогинів збільшено, у порівнянні з масштабом довжин, у 100 разів. Тому відкласти кути повороту у масштабі неможливо. При побудові пружної лінії балки необхідно враховувати наступні закономірності. Опуклість пружної лінії балки завжди направлена у той бік, де розташована епюра згинальних моментів. Нульова точка епюри М є точкою перегину пружної лінії балки. В цій точці кривизна її змінює знак на протилежний.

З рис. 3.17, д видно, що стріла прогину балки f=3.13 см. Допустима стріла прогину, за умовою, складає 1/250 прольоту балки, тобто

[ f ] =

l

=

10 102

= 4 см.

250

 

250

 

 

 

Так як f=3.13 см<[f]=4 см, то жорсткість балки забезпечена.

7. Виконати контроль обчислень на ПЕОМ згідно з інструкцією до програми ”PROCH” (див. додаток 5). Усі необхідні для вводу в ПЕОМ дані наведені нижче.

Робота №3 з опору матеріалів (задача 2) Іванов І.І., гр.М-21,

сх.-вар., par

 

1 7 0

Число ділянок

4

Номери опорних точок

2 5

-----------------------------------------

№ т.| Xi[м]

Mi[кнм] Fi[кн] qi[кн/м]

-----------------------------------------

1 | 0.00

0.00 0.00

-10.00

103

2

|

3.00

-40.00

0.00

0.00

3

|

5.50

0.00

-120.00

0.00

4

|

8.00

0.00

0.00 -20.00

5

| 13.00

0.00

0.00

0.00

Контрольні дані

h, y5, t5

0.500 0.000 0.010

Максимальні зусилля |M|max, |Q|max 232.81 123.50

Результати обчислень на ПЕОМ за програмою ”PROCH”, що виконані згідно з інструкцією (див. додаток 5), наведені на рис. 3.19.

104

Задача 2. Розрахунок сталевої двотаврової балки

Результати розрахунку

Опорні реакції Va=153.50кН Vb=96.50кН

|M|max=232.81кНм при Х=8.18м |Q|max=123.50кН при Х=3.00м

Розміри двотаврового перерізу

W=0.001455м3=1455см3 I№50 W*=1589см3 J*=39727см4 h=0.50м b=0.170м d=0.010м t=0.0152м

Максимальні напруження для перерізу Smax=146.51МПа не перевищує допустимі напруження Tmax= 28.57МПа не перевищує допустимі напруження Небезпечні і еквівалентні напруження для перерізу

Sнеб=132.27МПа Топ= 19.46МПа Sекв=137.42МПа

Початкові параметри EIY0=2111.25кНм3 EIT0=-692.50кНм2

Жорсткість при згині EJ=79454кНм2 Стріла прогину f=0.03133м при Х=7.97м Умова жорсткості виконується f<[f]=0.040м

Виконав на ПЕОМ ст. Іванов І.І., гр.М-21, сх.-вар. 1 7

Рис. 3.19

105

Приклад 3.12. Виконати розрахунок двотаврової сталевої балки на міцність та жорсткість, якщо Rзг=215 МПа, Rск=130 МПа, [f]=l/250.

Розв’язання виконуємо в такому порядку.

1. Визначити опорні реакції і побудувати епюри поперечних сил та згинальних моментів

∑M A = − M + q1 5 2.5 + F 5 −VB 8 + q2 2 9 = 0

VB = 18 (−30 + 20 5 2.5 +100 5 +10 2 9) = 9008 =112.5 кН,

∑M B = −M +VA 8 − q1 5 5.5 − F 3 − q2 2 1 = 0

VA = 18 (30 + 20 5 5.5 +100 3 −10 2 1) = 8608 =107.5 кН.

Перевірка: ∑Y = −q1 5 +VA − F +VB −q2 2 = −20 5 +107.5 −100 +112.5 −10 2 =

= −220 + 220 = 0. Тобто, реакції визначені правильно.

Балка має чотири ділянки (рис. 3.20, а). Складемо функції Q і M на кожній з них та обчислимо значення цих функцій у характерних перерізах.

Ділянка І (0 ≤ х ≤ 2.5 м)

Q(x) = 0;

M (x) = −M = −30 кН = const.

Ділянка ІІ (0 ≤ х ≤ 5 м)

Q(x) =VA −q1x - л.ф.;

Q

 

x=0 =107.5, Q

 

x=5м =107.5 −20.5 = 7.5 кН.

 

 

 

 

 

 

 

M (x) = −M +VA x − q1x2 2 - парабола;

M

x=0

= −30кНм; M

x=2.5м

 

= −30 +107.5 2.5 −20 2.52 2 =176.25 кНм;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

x=5

м

= −30 +107.5 5 −20 52 2 = 257.5 кНм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ділянка ІІІ (0 ≤ х ≤ 3 м)

106

Q(x) = q2 2 −VB =10 2 −112.5 = −92.5 кН = сonst.

M (x) = −q2 2 (1+ x) +VB x − л.ф., M

 

x=0 = −10

2 1 = −20 кНм,

 

 

 

M

 

x=3 м = −10 2 4 +112.5 3 = 257.5

кНм.

 

 

 

Ділянка ІV (0 ≤ х ≤ 2 м)

Q(x) = q2 x - л.ф. Q x=0 = 0, Q x=2м =10 2 = 20кН.

M (x) = −q2 x2 2 - парабола;

M x=0 = 0, M x=1м = −10 12 2 = −5 кНм, M x=2м = −10 22 2 = −20 кНм

107

 

M=30кНм

I

 

II

q1=20кН/м

F=100кН

 

IV

q2=10кН/м

 

 

 

 

 

 

 

а

С

 

 

 

 

 

III

B

 

 

E

 

 

A

x

 

 

D

 

x

 

 

 

x

 

 

 

x

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VА=107.5кН

 

 

 

VB=112.5кН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5м

 

5м

 

3м

 

 

2м

 

 

 

 

 

 

Q кН

 

 

 

 

 

 

 

 

107.5

 

 

7.5

 

 

20

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

92,5

 

 

 

 

 

 

 

M

кНм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

30

 

30

 

 

257.5

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

F=100кН

 

 

 

 

 

M=30кНм

 

I

 

 

 

 

IV q2=10кН/м

 

 

II

 

III

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

С

 

 

 

q1=20кН/м

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

A

 

D

 

 

 

 

E

 

 

x

 

 

 

q1=20кН/м

 

B

 

 

 

 

VА=107.5кН

x

 

VB=112.5кН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

θC

 

 

 

Пружна лінія балки

 

 

 

θE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θB

 

 

см

 

2.32см

 

θA

 

 

2.56см

 

 

 

2.06

 

 

 

 

 

 

 

 

д

 

 

 

 

θD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

108

Рис.

3.20

109

За обчисленими значеннями Q і M на рис. 3.20, б і в побудовано епюри поперечних сил та згинальних моментів.

2. Підібрати номер двотавра з умови міцності балки за нормальними напруженнями, якщо Rзг=215 МПа, n=1, m=1.

В небезпечному перерізі балки, де діє Mmax =257.5 кНм, визначаємо з умови міцності за нормальними напруженнями

(3.17)

W =

 

M

 

max n

=

257.5 103 1

=1.198 10 −3 м3

=1197см3 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

1 215 106

 

 

 

m Rзг

 

 

і за сортаментом (ГОСТ 8239-89) знаходимо двотавр №40 з найбільш близьким меншим моментом опору Wz=953 см3. При цьому

σmax =

M max n

=

257.5 103 1

= 270 106

Н

= 270МПа > Rзг

 

953 10−6

 

м2

 

Wz

 

 

на ε =

270 −215

100% = 25.5% > 5%,

що недопустимо. Тому

160

 

 

 

приймаємо двотавр №45 (Wz

=1231 см3, Jz =27696 см4, Sz

=708 см3, h=450 мм, b=160 мм, d=9 мм, t=14.2 мм).

3. Перевірити міцність балки за дотичними напруженнями, якщо Rск=130 МПа.

Умову міцності балки за дотичними напруженнями (3.19)

перевіримо у небезпечному перерізі, де діє Qmax =107.5 кН (рис. 3.20, б)