- •Тема 8 плоске поперечне згинання. Розрахунок балок на міцність
- •8.1. Уявлення про чисте згинання. Основні визначення і гіпотези
- •Як видно з рис.8.1, на ділянці балки вс виникає чисте згинання. На епюрі поперечних сил на цій ділянці відсутня поперечна сила, на епюрі згинальних моментівдіє сталий момент.
- •8.2. Визначення нормальних напружень при згинанняі
- •8.3. Розрахунок балок на міцність. Умова міцності при згинанняі
- •8.4. Визначення дотичних напружень при згинанні
- •Максимальне напруження знайдемо за формулою (8.24):
- •8.5. Про раціональні форми поперечного перерізу при згинанні
- •8.7. Тести до теми №8 “Плоске поперечне згинання. Розрахунок балок на міцність”
- •8.6. Потенціальна енергія деформації при згинанні
Максимальне напруження знайдемо за формулою (8.24):
МПа.
Приклад
8.5. Двотавровий
переріз. Визначити
дотичні напруження в зазначених точках
перерізу і побудувати епюру дотичних
напружень, якщо величина поперечної
сили дорівнює
кН
(Рис.8.14).

Рис.8.14
Характерною рисою цього перерізіу є різка зміна ширини перерізу при переході від стінки двотавру до його полиці. В основному поперечну силу сприймає стінка, а на долю полиць припадає незначна її величина.
Покажемо,
як визначається статичний момент площі
для будь-якої довільної точки перерізу
двотавру. Для цього розглянемо довільну
точку К (Рис.8.15). Проведемо через цю точку
лінію, паралельну осі
.
Статичний момент площі верхньої
відсіченої частини (заштрихована на
рис.8.15) може бути знайдений як сума
статичних моментів двох площ
і
:
.
(а)

Рис.8.15
Найбільшої
величини статичний момент площі
відсіченої частини відносно нейтральної
лінії перерізу
досягає для половини перерізу. Отже,
максимальні дотичні напруження виникають
у волокнах нейтрального шару.
Повернемося
тепер до рис.8.14. Точка №1 перерізу
належить найбільш віддаленому волокну.
Точки №2 і №3 розташовані у місці переходу
від полиці до стінки: точка №2 належить
полиці, точка №3 – стінці перерізу.
Точка №4 розташована у центрі ваги
перерізу і належить нейтральній лінії.
Переріз симетрично розташований відносно
осі
.
Тому напруження в точці №5 буде таким
самим, як у точці №3, напруження у точці
№6 – таким самим, що й у точці №2,
напруження в точці №7 – таким самим, що
й у точці №1.
Спочатку
знайдемо момент інерції перерізу
відносно осі
:
см4.
Напруження у точці №1 поперечного перерізу дорівнює нулю, тому що площа відсіченої частини перерізу, що має знаходитися зверху, в даному випадку дорівнює нулю.
Для
визначення дотичного напруження у точці
№2 проводимо через точку №2 лінію,
паралельну осі
.
Відсічена площа лежить вище цієї лінії
і складає
см2.
Обчислюємо відстань від центра ваги
відсіченої площі до осі
.
Воно дорівнює 11см. Знаходимо дотичне
напруження у точці №2:
МПа.
При
визначенні дотичного напруження у точці
№3 слід пам'ятати, що статичний момент
площі відсіченої частини в цьому випадку
залишається незмінним, тому що точки
№2 і №3 розташовані на однаковій відстані
від осі
.
Тільки точка №2 належить полиці, а точка
№3 належить стінці двотавра. У зв'язку
з цим дотичне напруження у точці №3
дорівнюватиме:
МПа.
Для
визначення напруження у точці №4,
проведемо через цю точку лінію, яка
збігається з віссю
.
Відсічена площа являє собою тавр.
Статичний момент площі тавра обчислимо,
використовуючи вираз (а), наведений
вище. У ньому
є площа полиці,
площа половини стінки;
відстань від центра ваги полиці до осі
;
відстань від центра ваги половини площі
стінки до осі
.
Дотичне напруження у точці №4 дорівнюватиме:
МПа.
Як
уже відзначалося вище, зважаючи на
симетрію перерізу відносно осі
дотичні напруження
МПа,
МПа;
.
Відкладаємо обчислені значення дотичних напружень від базисної лінії і будуємо епюру дотичних напружень (Рис.8.14).
Приклад
8.6. У скільки разів
дотичне напруження в точці В більше,
ніж у точці А? Точка
– центр ваги перерізу (Рис.8.16).

Рис.8.16
Розв’язок:
Проведемо
через точки А і В лінії, паралельні осі
.
Відсічені площі на рис.8.16 заштриховані.
Обчислимо статичні моменти заштрихованих
площ відносно осі
і віднесемо їх до ширини перерізу в
точках А і В відповідно.
При
одній і тій самій поперечній силі і
однаковому моменті інерції перерізу
відносно осі
дотичні напруження в точках В і А
відносяться як:
.
Таким чином, дотичне напруження в точці В в 7,5 разів більше, ніж напруження в точці А.
Приклад 8.7. Як зміниться максимальне дотичне напруження при згинанні, якщо поперечний переріз балки перевести з положення “I” у положення “II” (Рис.8.17)?

Рис.8.17
Розв’язок:
При
розв’язанні
даної задачі слід пам'ятати, що при
повороті перерізу з положення I у
положення II змінюються не тільки ширина
перерізу і статичний момент площі
перерізу (відсічені площі заштриховані),
але і моменти інерції відносно осі
.Тому
при незмінній поперечній силі величини
максимальних дотичних напружень у
положенях перерізу I і II будуть відноситися,
як:
.
Таким чином, величина максимального дотичного напруження при повороті перерізу з положення I у положення II не зміниться.
Приклад 8.8. Яка з зображених епюр дотичних напружень при згинанні побудована правильно (Рис.8.18)?

Рис.8.18
Розв’язок:
При аналізі таких епюр слід пам'ятати:
1. Максимальні дотичні напруження виникають у волокнах нейтрального шару. Нейтральна лінія перерізу проходить через центр ваги.
2. У місці різкої зміни ширини перерізу дотичні напруження змінюються стрибком. При збільшенні ширини перерізу напруження стрибкоподібно зменшуються, при зменшенні ширини перерізу дотичні напруження стрибкоподібно збільшуються. Тому з запропонованих варіантів епюр дотичних напружень вірним є варіант в).
