Задания для выполнения самостоятельной работы

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru

6.1. Задания для расчета балок на прочность

6.2.1. Задачи на прочность

 

6.2. Задачи для расчета балок на прочность

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru

6.3. Задания для расчета балок на жесткость

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru

 

7. Основные размеры двутавровых балок
Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru

8. Пример расчета консольной балки на прочность

Пример 8.1.

20,86
aM
P
P
q
aq
ap
2,4
l=3,0
A
II
I
III
M
M
A
1,2
G
RA
RA
MA
x1
P
P
x2
x3
B
x03
­
­
RA
MA
ЭQ,кН
ЭMи,кН·м
13,6
0,64
5,84
16,32
24,86
22,54
19,3
20,88
1,8
I AAAAIQB6pisG4AAAAAoBAAAPAAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sTI/BTsMwEETvSPyDtUjcqNOG4jTE qQqoB8QFChVXN16SqPE6it02/fsuJziu9mnmTbEcXSeOOITWk4bpJAGBVHnbUq3h63N9l4EI0ZA1 nSfUcMYAy/L6qjC59Sf6wOMm1oJDKORGQxNjn0sZqgadCRPfI/Hvxw/ORD6HWtrBnDjcdXKWJA/S mZa4oTE9PjdY7TcHp2ERg3p/Ud697udvavWktvL8vdX69mZcPYKIOMY/GH71WR1Kdtr5A9kgOg1p Nl0wqmGmeAIDaZbeg9gxmcwzkGUh/08oLwAAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADh AQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4 /SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQD/ rieOEQIAAEEEAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAA IQB6pisG4AAAAAoBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAGsEAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQA BADzAAAAeAUAAAAA " strokecolor="black [3213]"/>
0,9
x
y

Рис. 12. Схема балки и эпюры Q и Mи.

  Исходные данные. М = 4,0 кН·м, Р = -13,6кН, q = 10,8кН/м. l = 3,0 м, aм = 2,4 м, aр = 0 м, aq = 1,2 м.   Требуется: 1. Изобразить схему балки согласно числовым данным. 2. Определить реакции опор и построить эпюры Q и Mи. 3а. Выбрать № двутавра при Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 160 Мпа (материал – сталь). 3б. Определить диаметр деревянной балки круглого сечения при Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 10 Мпа. 3в. Определить размеры деревянной балки прямоугольного сечения при Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 10 Мпа, если высота h, больше ширины b в два раза.   Решение. Определим равнодействующую G равномерно распределенной нагрузки (РРН).

G = q·l1, где l1 – длина участка балки на которую действует (РРН).

G = 10,8 · 1,8 = 19,44 кН.

1.Определение сил реакций в опорах.

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0. P · 3 – G · 0,9 – M – MA = 0

– + MA = P · 3 – G · 0,9 – M = 13,6 · 3–19,44 · 0,9 –4 =

= 40,8 – 17,5 + 4 = 19,3 кН·м.

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0. G · 2,1 – M + RA · 3 – MA = 0. RA = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – 5,83 кН.

Проверка. Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0. – P + G – RA = 0.

– 13,6 + 19,44 – 5,83 = 0. 19,44 – 19,43 = 0. 0 = 0

2. Построение эпюр Q и Mи.

I - й участок. 0 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru х1 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 1,2

Уравнение Q1. Q1 = – P = – 13,6 кН. Строим эпюру Q1.

Уравнение Mи1. Mи 1 = – P·х1 = – 13,6·х1. Это уравнение прямой линии. Её можно построить по двум точкам. х1 = 0, Mи 1 = 0

х1 = 1,2 Mи 1 = – 13,6·1,2 = – 16,32 кН·м. Строим эпюру Mи 1.

II - й участок. 1,2 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru х2 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 2,4

Уравнение Q2 . Q2 = P+G2 = – 13,6 + q(х2 – 1,2) = – 13,6 + 10,8(х2 – 1,2).

х2 = 1,2 Q2 = 13.6 + 10,8 ·0 = 13.6 кН.

х2 = 2,4 Q2 = 13.6 + 10,8 ·1,2 = 0,64 кН. Строим эпюру Q2.

Уравнение Mи 2. Mи 2 = P· х2 + q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 13,6·х2 + q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru . Это уравнение параболы. Параболу можно построить как минимум по трем точкам. х2 = 1,2 Mи 2 = 13,6·1,2 + 10,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – 16,32 кН·м.

х2 = 2,4 Mи 2 = 13,6·2,4+10,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 31,64 + 10,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

31,64 + 7,77= 24,86 кН·м. В качестве 3 –й точки возьмем точку расположенную в центре второго участка.

х2 = aq + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 1,2 + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 1,2 + 0,6 = 1,8 м.

Mи 2 = 13,6·1,8+10,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 24,48+ Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 24,48+1,944= 22,54 кН·м.

По 3-м точкам строим эпюру Mи 2.

III - й участок. 0 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru х3 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 0,6

Уравнение Q3. Q3 = RA – G3 = 5,83– q · х3. х3 = 0, Q3 = 5,83кН.

х3 = 0.6, Q3 = 5,83 – 10,8· 0,6 = 5,83 – 6,48 = – 0,65кН. Строим эпюру Q3.

Эпюра Q3 показывает, что на 3-м участке есть точка в которой поперечная сила равна нулю. Надо расчитать расстояние х3 до этой точки. Для этого приравняем уравнение Q3 нулю. 0 = 5,83– 10,8· х3. х03 = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0,54 м.

Уравнение Mи 3. Mи 3 = –RA х3 – MA + G3 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = –5,84 х3 – 19,3 + q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

– 5,84 х3 – 19,3 +10,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru . х3 = 0, Mи 3 = – 19,3 кН·м.

х3 = 0,6, Mи 3 = – 5,84·0,6– 19,3 +10,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – 22,8 + 1,94 = – 20,86 кН·м.

х3 = 0,54, Mи 3 = – 5,84· 0,54– 19,3 +10,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

= – 3,15 – 19,3 + 1,57 = – 20,88 кН·м. Cтроим эпюру Mи .

После тго как эпюры будут построены, надо провести их анализ. Эпюры Q и Mи должны соответствовать следующим требованиям.

а) на участке, где поперечная сила имеет знак «+», эпюра Mи слева на право возрастает, и наоборот;

б) скачок на эпюре Q возникает в том сечении, к которому приложена внешняя сила, в том числе сила реакции. Скачок равен величине прикладываемой силы;

в) скачок на эпюре Mи возникает в том сечении, к которому приложен внешний момент. Скачок равен этому моменту;

г) на участке, где приложена равномерно распределенная нагрузка (РРН), эпюра Mи имеет вид параболы. Выпуклость параболы направлена навстречу стрелочкам РРН;

д) в сечении, где Q = 0, эпюра Mи имеет экстремум (минимальное или максимальное значение) на данном участке.

Построенные на рис. 12. эпюры, соответствуют перечисленным свойствам.

3. Выбор № двутавра и размеров поперечных сечений.

3.1. Номер двутавра выбирают по осевому моменту сопротиления W0, которое находят из условия прочности при изгибе:

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru , W0 = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru .

В этом примере Mи max = 24,86 кН·м = 24860 · Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Н·мм.

W0 = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 155, 37· Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru мм3 = 155, 37 см3. По данному W0 выбирается двутавр № 18а. Его осевой момент сопротивления

W0 = 159,0 см3.

3.2. Для круглого поперечного сечения W0 = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 0,1d3. Для дерева Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 10 МПа Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru . Из условия прочности W0 = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru , отсюда d = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 10 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

=10 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 10·29,37 = 293,7 мм.

3.3. Для прямоугольного сечения W0 = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru , где b и h соответственно ширина и высота сечения. В примере h = 2 b.

W0 = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru .

b = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =10 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =10·15,5= 155 мм.

h = 2 b = 2·155 = 310 мм.

9. Примеры расчета балок на жесткость

Пример 9.1.

ЭQ,кН
ЭMи,кН·м
y
х
аq2
аq1
аМ
аР
l = 4,6
M
P
A
A
C
C
B
M
P
q
q
G
x1
x2
x3
1,3
1,4
0,7
2,7
1,9
0,5l = 2,3
11,52
3,53 5,84
18,58ЭMи,кН·м
8,8
3,6
6,2
RA
MA
Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru
13,0
14,0
10,0
12,6
1,92
5,6
­
­
­

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru

А(0) D (0,8) E(1,5) B(2,3) F(3,1) K(4,0) C(4,6)

Рис. 13. Схема, эпюры и изогнутая ось балки.

Для данной схемы необходимо: 1. Определить силы реакций. 2. Построить эпюры поперечной силы Q и момента изгибающего Mи. 3. Подобрать № двутавра. 4. Используя универсальные уравнения упругой линии балки определить прогиб в точке С ( Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru ) и в т. В, ( Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru ). 5. Определив перемещения еще 4 – 5 точек построить изогнутую линию оси балки. Модуль упругости материала балки Е = 2·105 МПа. aq1 = 1,3 м, aq2 = 2,7 м, aP = 2,7 м, aM =4,6 м, l = 4,6 м, M = 8,8 кН·м, P = 6,2 кН, q = – 3,8 кН/м, Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 145 МПа.

Решение.

Равнодействующая равномерно распределенной нагрузки

G = q· l1 = 3,8·1,4 = 5,32 кН.

1.Определение опорных реакций.

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0. – MA + G · 2 + P· 2,7 – M = 0.

MA = G · 2 + P· 2,7 – M = 5,32 · 2 + 6,2 · 2,7 – 8,8 = 18,58 кН·м.

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0. – MA + RA· 4,6 – G · 2,6 – P · 1,9 – M = 0.

RA = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 11,52 кН.

Проверка. Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0. – RA + G + P = 0. – 11,52 + 5,32 + 6,2 = 0.

11,52 – 11,52 = 0. 0 = 0

2.Построение эпюр Q и Mи.

I – й участок. 0 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru х1 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 1,3

Уравнение Q1. Q1 = – RA = – 11,52 кН. Строим эпюру Q1.

Уравнение Mи1. Mи1 = MA – RA· х1 = 18,58 – 11,52· х1.

х1 = 0; Mи1 = 18,58 кН·м.

х1 = 1,3; Mи1 = 18,58 – 11,52· 1,3 = 3,6 кН·м. Строим эпюру Mи1.

II – й участок. 1,3 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru х2 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 2,7

Уравнение Q2. Q2= – RA + G2 = – 11,52 + q(х2 – 1,3) =– 11,52 + 3,8(х2 – 1,3).

х2 = 1,3; Q2 = – 11,52 кН. х2 = 2,7; Q2 = – 11,52+ 3,8(2,7– 1,3)= – 6,2 кН.

Строим эпюру Q2.

Уравнение Mи2. Mи2 = MA – RA· х2 + G2· Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 18,58 –11,52 · х2 +

+ q(х2 – 1,3) Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 18,58 –11,52 · х2+ 3,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru .

х2 = 1,3; Mи2=18,58 –11,52 ·1,3+ 0 = 18,58 – 14,98 = 3,6 кН·м.

х2 = 2,7; Mи2=18,58 –11,52 ·2,7 +3,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =18,58 – 31,1+3,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

= –8,8 кН·м.

Параболу надо строить минимум по 3-м точкам. Третью точку лучше взять в центре второго участка.

х2 = 2,0; Mи2=18,58 –11,52 ·2,0 +3,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =18,58 – 23,04 + 3,8 · 0,245 =

= –4,46 + 0,931 = – 3,53 кН·м. Строим эпюру Mи2 .

III – й участок. 0 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru х3 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 1,9

Уравнение Q3. Q3 = 0.

Уравнение Mи3. Mи3 = – M = – 8,8 кН·м. В это уравнение не входит расстояние х3 . График данного уравнения представляет собой прямую линию расположенную параллельно оси х на расстоянии – 8,8 кН·м.

3. Выбор № двутавра.

Номер двутавра выбирают по осевому моменту сопротиления W0, которое расчитывают из условия прочности при изгибе:

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru , W0 = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru .

В этом примере Mи max = 18,58 кН·м = 18 580 · Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Н·мм.

W0 = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 128, 138· Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru мм3 = 128, 138 см3. По данному W0 выбирается двутавр № 18. Его осевой момент сопротивления

W0 = 143,0 см3. Осевой момент инерции I = 1290 см4 .

4. Определение линейных перемещений.

Перемещения точек балки будем расчитывать используя универсальное уравнение (2), (см. стр. 22).

EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + EIθ0 z + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru ,

4.1. Перемещение т.С. z = l = 4,6 м. Для консольной балки начало координат следует поместить в точку А. При этом θ0 = 0, Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0.

EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + EIθ0 z + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

= Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru MA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru +M Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru RA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + P Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

= 18,58 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 0 11,52 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru +6,2 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 3,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 3,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

= 18,58 ·10,58 11,52 · 16,22 + 6,2 · 1,143 + 3,8 · 4,94 3,8 · 0,543 =

=196,58 186,88 + 7,08 + 18,78 2,06 = 33,5 кН·м3 = 33,5 · 103 Н·м3 .

Вычисляем жесткость материала произведение EI.

E = 2 · 105 МПа (Н/мм2) = 2 · 102 кН/мм2 = 2 · 108 кН/м2 .

I = 1290 см4 = 1290 · 10-8 м4.

EI = 2 · 108 · 1290 · 10-8 = 2580 кН·м2 = 2580 · 103 Н·м2 .

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0,01298 м = 12,98 мм Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 13 мм.

4.2. Перемещение т. В. z = 2,3 м. θ0 = 0, Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0.

EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = MA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – RA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 18,58 · Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 11,52 · Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru +

+ 3,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =18,58 · 2,645 – 11,52 · 2,03 + 3,8 · 0,0416 =

= 49,144 – 23,36 + 0,158 = 25,942 кН·м3 = 25,942 · 103 Н·м3 .

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0,01005 м = 10,05 мм.

4.3. Перемещение т. К. z = 4,0 м. θ0 = 0, Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0.

EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = MA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – RA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

= 18,58 · Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 11,52 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 6,2 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 3,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 3,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

= 18,58 ·8 – 11,52 · 10,66 + 6,2 ·0,366 + 3,8 · 2,214 – 3,8 · 0,119 =

= 148,64 – 122,8 + 2,269 + 8,413 – 0,452 = 36,07 кН·м3 = 36,07·103 Н·м3 .

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0,01398 м = 13,98 мм Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 14 мм.

4.4. Перемещение т. F. z = 3,1 м. θ0 = 0, Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0.

EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = MA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – RA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

= 18,58 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 11,52 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 6,2 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 3,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 3,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

=89,28 – 57,2 + 0,062 + 0,425 – 0,004 = 32,563 кН·м3 = 32,563 · 103 Н·м3.

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0,0126 м = 12,6 мм.

4.5. Перемещение т. E. z = 1,5 м. θ0 = 0, Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0.

EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = MA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – RA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

=18,58 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 11,52 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 3,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 20,9 – 6,48 + 0,00025 = 14,42 кН·м3 =

= 14,42 · 103 Н·м3. Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0,00559 м = 5,6 мм.

4.6. Перемещение т. D. z = 0,8 м. θ0 = 0, Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0.

EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = MA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – RA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 18,58 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 11,52 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =5,945 – 0,983 = =4,962 кН·м3 = 4,962 · 103 Н·м3. Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0,00192 м = 1,92 мм.

По вычисленным перемещениям построена изогнутая ось балки.

9.2. Расчет на жесткость балки опирающейся на две опоры.

q
·

C

B
C
x2
A
P
M
RA
RB
P
M
A
B
aP
aM
aq1
aq2
l=4,8
2,4
1,3
1,5
2,8
2,0
x1
x3
0,75
G
ЭQ,кН
ЭMи,кН·м
x02
20,06
3,26
14,74
29,48
26,52
26,08
17,47
­
­
­
l,м

A(0) D(0,8) E(1,6) C(2,4) K(3,2) M(4,0) B(4,8)

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru
12,0
6,42
10,8
10,4
5,93

Рис. 14. Схема, эпюры и перемещения балки.

  Для данной схемы необходимо: 1. Определить силы реакций. 2. Построить эпюры поперечной силы Q и момента изгибающего Mи. 3. Подобрать № двутавра. 4. Используя универсальные уравнения упругой линии балки определить прогиб в центре балки, в т. С ( Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru ). 5. Определив перемещения еще 4 – 5 точек построить изогнутую линию оси балки. Модуль упругости материала балки Е = 2·105 МПа. aq1 = 1,3 м, aq2 = 2,8 м, aP = 1,3 м, aM =2,8 м, l = 4,8 м, M = 12 кН·м, P = – 16,8 кН, q = 12 кН/м, Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 140 МПа.

Решение.

Равнодействующая G = q· l1 = 12 · 1,5 = 18 кН.

1.Определение сил реакций.

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0. – P · 1,3 – G · 2,05 – M + RB · 4,8 = 0.

RB = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =14,74 кН.

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0. – RA · 1,3 + P · 3,5 + G · 2,75 – M = 0.

RA = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 20,06 кН.

Проверка. Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0. RA – P – G + RB = 0.

20,6 – 16,8 – 18 + 14,74 = 0. 34,8 – 34,8 = 0. 0 = 0.

2.Построение эпюр Q и Mи.

I - й участок, 0 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru х1 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 1,3

Уравнение Q1. Q1 = RA = 20,06 кН.

Уравнение Mи1. Mи1 = RA · х1 = 20,06 · х1. х1 = 0, Mи1 = 0.

х1 = 1,3, Mи1 = 20,06 · 1,3 = 26,08 кН·м.

II - й участок, 1,3 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru х2 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 2,8.

Уравнение Q2. Q2 = RA – P – q(х2 – 1,3) = 20,06 – 16,8 – 12(х2 – 1,3) =

= 3,26 – 12(х2 – 1,3). х2 = 1,3, Q2 = 3,26 кН.

х2 = 2,8, Q2 = 3,26 – 12(2,8 – 1,3) = 3,26 – 18 = – 14,74 кН. На 2-м участке есть точка, в которой Q2 = 0. Надо определить расстояние х02 от края балки до данной точки. Q2 = 3,26 – 12(х2 – 1,3) = 0, 3,26 – 12 х2 + 15,6 = 0,

18,86 – 12 х02 = 0, х02 = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 1,57 м.

Уравнение Mи2. Mи2 = RA · х2 – P(х2 – 1,3) –G2 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

= 20,06·х2 –16,8(х2 –1,3) – q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 20,06· х2 –16,8(х2 –1,3) –12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru .

х2 = 1,3, Mи2 = 20,06·1,3 = 26,08 кН·м.

х2 = 2,8, Mи2 = 20,06·2,8–16,8(2,8 –1,3) –12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 56,168 – 25,2 – 13,5 =

= 17, 468 кН·м.

х2 = 1,57, Mи2 = 20,06·1,57–16,8(1,57 –1,3) –12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 31,49 – 4,536 –

– 0,437 = 26,52 кН·м.

III - й участок, 0 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru х3 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 2,0

Уравнение Q3. Q3 = – RB = – 14,74 кН.

Уравнение Mи3. Mи3 = RB· х3 = 14,74· х3. х3 = 0, Mи3 = 0.

х3 = 2,0, Mи3 = 14,74·2,0 = 29,48 кН·м.

3. Выбор двутавра.

Условие прочности: Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru , отсюда W0 = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru .

Mи max = 29,48 кН·м = 29480·103 Н·мм. W0 = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 210,57·103 мм3 =

= 210,57 см3.

Выбирается двутавр № 22. W0 = 232 см3, I = 2550 см4 = 2550·10-8 м4.

4. Определение перемещений.

При определении перемещений будем использовать универсальные уравнения изогнутой оси балки.

EIθ = EIθ0 + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru , (1)

EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + EIθ0 z + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru , (2) Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru

За начало координат принимается т. А. В этом случае известен один из параметров Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = 0, так как на опоре прогиб отсутствует. Для определения линейного перемещения любой точки надо знать угол поворота крайнего левого сечения θ0. Этот угол находят из уравнения (2) при расчете перемещения точки В, заранее зная, что оно равно нулю. При z = 4,8м имеем.

EIθ Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = EIθ0 z +M Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru +RA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – P Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

EIθ0·4,8 +12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 20,06 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 16,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

EIθ0·4,8 + 12 · 2 + 20,06 · 18,432 – 16,8·7,146 – 12· 6,25 +12· 0,666 =

EIθ0·4,8 +24 +369,7 –120 – 75 + 8,0 = EIθ0·4,8 + 206,7 = 0

EIθ0·4,8 = – 206,7 кН·м3 = – 206,7·103 Н·м3.

Определение жесткости материала балки EI.

Е = 2 · 105 МПа (Н/мм2) = 2· 1011 Па (Н/м2). I = 2550· 10-8 м4.

EI = 2· 1011 · 2550· 10-8 = 5100 · 103 Н·м2.

θ0 = θA = – Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – 8,44· 10-3 рад. · 57,30 = – 0,4840.

Знак минус показывает, что поперечное сечение на левой опоре поворачивается по часовой стрелке.

4.1.Перемещение т. С. z = 2,4 м.

EIθ Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = EIθ0 z +RA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – P Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru · 2,4 + 20,06 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 16,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – 43,06· 2,4 +

+ 20,06·2,304 – 16,8 · 0,22 – 12 · 0,06 = –103,344 + 46,218 –3,696 – 0,72 =

= – 61,542 кН · м3 = – 61,542· 103 Н · м3.

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – 0,012 м = – 12 мм.

4.2. Перемещение т. D. z = 0,8 м.

EIθ Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = EIθ0 z +RA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru 0,8 + 20,06 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – 34,448 + 1,712 =

= – 32,736 кН·м3 = – 32,736 · 103 Н ·м3.

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – 0,00642 м = – 6,42 мм.

4.3. Перемещение т. Е. z = 1,6 м.

EIθ Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = EIθ0 z +RA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – P Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru ·1,6 + 20,06 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru –16,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru –12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – 68,896+13,694 –0,076–0,004 =

=13,694 – 68,976 = – 55,282 кН·м3 = – 55,282· 103 Н ·м3.

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – 0,0108 м = – 10,8 мм.

4.3. Перемещение т. К. z = 3,2 м.

EIθ Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = EIθ0 z +M Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru +RA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – P Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

= EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru ·3,2 + 12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 20,06 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 16,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

= – 137,792 + 0,96 +109,554 – 19,205 – 6,516 + 0,0013 =

= 110,527 – 163,513 = – 52,986 кН·м3 = – 52,986 · 103 Н ·м3.

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – 0,0104 м = – 10,4 мм.

4.4. Перемещение т. М. z = 4,0 м.

EIθ Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = EIθ0 z +M Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru +RA Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – P Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + q Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

EI Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru ·4 + 12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 20,06 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 16,8 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru – 12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru + 12 Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru =

– 172,24 +8,64 +213,97 – 55,11 –26,57 + 1,07 = 223,68 – 253,92 =

= – 30,24 кН·м3 = – 30,24 · 103 Н ·м3.

Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = Задания для выполнения самостоятельной работы - student2.ru = – 0,00593 м = – 5,93 мм.

По найденным значениям линейных перемещений построена изогнутая линия оси балки.

Литература

1. Степин П.А. Сопротивление материалов. - – СПб.:Лань,2014.- Режим

Доступа: http://e.lanbook.com

2. Миролюбов И.Н., Алмаметов Ф.З., Курицин Н.А., Изотопов И.Н.

Сопротивление материалов. Пособие по решению задач. – СПб.:Лань,2014.-

Режим доступа: http://e.lanbook.com

3. Кудрявцев С.Г., Сердюков В.Н. Сопротивление материалов. Интернет-тестирование базовых знаний. СПб.: Лань,2013. – Режим доступа: http://e.lanbook.com

4. Гнатюк В.В., Соляник С.С. Внутренние силовые факторы. Учебное пособие для выполнения самостоятельной работы студентов по дисциплине «Сопротивление материалов». СПб. 2013.

Наши рекомендации