Понятия о перемещениях и деформациях

Под действием внешних сил любое тело деформируется, т.е. его форма и размеры изменяются, а точки тела меняют положение в пространстве. Пусть имеется тело с приложенными к нему силами Рi. Мысленно через точку а в направлениях осей у и z проведем бесконечно малые отрезки ав и ас, длины которых dy и dz. После деформации бруса отрезки примут положение, изображенное штриховой линией (рис.1.13). Точка а переместится в положение а1. Величина аа1, равная изменению координат точки называется линейным перемещением точки а. Отрезки ав и ас займут новые положения а1в1 и а1с1. Их длины изменяются на Δdy и Δdz и называются абсолютными линейными деформациями. Угол между начальным положением отрезка ав и конечным - а1в1 - называются угловым перемещением b. Линейные перемещения измеряются в единицах длины, угловые - в радианах или градусах. Отношение приращения длины отрезка к его начальной длине представляет собой относительную линейную деформацию, т.е. Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru . Аналогично Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru . Линейные деформации величины безразмерные. Изменение первоначально угла между отрезками ав и ас после приложения к телу нагрузки, выраженное в радианах, представляет собой угловую деформацию Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Совокупность линейных деформаций e по различным направлениям и угловых деформаций g по различным плоскостям, проходящим через рассматриваемую точку, представляет собой деформированное состояние в этой точке.

  1. Условие жёсткости.

Ответ:

Жёсткость – это способность тела или конструкции сопротивляться деформации.

  1. Энергетическая теория прочности.

Ответ:

Четвертая теория прочности - энергетическая, представляет собой гипотезу о том, что причиной возникновения опасного состояния является величина удельной потенциальной энергии изменения формы Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , то есть критерий – удельная потенциальная энергия изменения формы.

Формулу удельной потенциальной энергии изменения формы получим из формулы полной удельной потенциальной энергии деформации (3.5), подставляя значение коэффициента Пуассона равного ν=0,5.

Получим

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

Условие прочности имеет вид

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru ,

где

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Откуда

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

Третья и четвертая теории прочности дают удовлетворительное совпадение результатов теоретического расчета с опытными данными для пластичных материалов и широко применяются при расчетах на прочность. Для хрупких материалов эти теории не применимы.

Билет №10.

  1. Виды простых деформаций стержня.

Ответ:

Растяжением или сжатием называют такой вид деформации бруса (стержня), при котором в его поперечных сечениях возникает только продольная сила N.

Продольная сила, направленная от сечения, связана с растяжением и считается положительной; сила, направленная к сечению; связана со сжатием и считается отрицательной.

При расчёте стержня на прочность необходимо знать значения внутренних силовых факторов во всех его сечениях. Для этого строят график (эпюру), показывающий, как изменяется внутренний силовой фактор (сила или момент) по длине стержня.

  1. Статически неопределимые задачи при одноосном растяжении (сжатии).

Ответ:

Системы, для которых все реакции связей могут быть определены с помощью уравнений равновесия, называются статически определимыми.

Системы, для которых количество реакций связей превышает число возможных уравнений равновесия, называются статически неопределимыми системами.

Разность между числом неизвестных и числом независимых уравнений равновесия определяет степень статической неопределимости.

Дополнительные уравнения, называемые уравнениями совместности перемещений, составляют, определяя перемещения отдельных стержней системы и устанавливая между ними связь.

  1. Теория прочности Мора.

Ответ:

Теория прочности Мора не содержит критериальных гипотез и основана в первую очередь на логической систематике экспериментальных результатов. Её основное допущение заключается в том, что главное напряжение Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru не оказывает влияния на прочность. Для получения выражения для Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru строятся круги Мора для предельных напряжённых состояний, т.е. состояний, при которых начинается пластическое деформирование или разрушение. Круги для одноосного сжатия и одноосного растяжения строятся достаточно достоверно, т.к. одноосное растяжение и одноосное сжатие легко реализуется экспериментально. К этим кругам проводится общая касательная, которая в некотором приближении рассматривается как огибающая предельных кругов Мора(диаграмм для предельных напряжённых состояний). Предельные круги Мора для любого напряжённого состояния не должны выходить за огибающую. Опуская дальнейшие геометрические построения, дадим окончательный результат для эквивалентного напряжения:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru (1)

где Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru - для пластичных материалов.

Для хрупких материалов отношение Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru заменяется на Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Условие прочности запишется в виде:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru (2).

Наилучшие результаты эта теория даёт для случая, когда Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , а Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru . Это обстоятельство существенно, т.к. при решении практических задач напряжённое состояние такого рода встречается чаще других. Для многих пластичных материалов у которых Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru теория прочности Мора совпадает с теорией максимальных касательных напряжений.

Билет №11.

  1. Сложные виды деформации бруса.

Ответ:

. Эти виды нагружения, растяжение, изгиб, кручение, являются простыми. Основные соотношения, полученные для них, приведены в таблице 7.1

Таблица 7.1

Виды нагружения Напряжения Деформации
Растяжение Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru . Условие прочности: Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru   Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru  
Изгиб Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru . Условие прочности: Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru     Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru
Кручение Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru . Условие прочности: Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru     Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

Кроме простых видов нагружения бывают и сложные виды нагружения или иначе сложное сопротивление.

Сложным сопротивлением называются виды нагружения, при которых в поперечных сечениях одновременно действуют несколько внутренних силовых факторов.

Наиболее часто в расчетной практике встречаются следующие виды сложного сопротивления:

* · косой изгиб;

* · внецентренное растяжение;

* · изгиб с кручением.

При расчете сложного сопротивления используется принцип независимости действия сил. Сложный вид нагружения представляется как система простых видов нагружения действующих независимо друг от друга. Решение при сложном сопротивлении получается в результате сложения решений полученных при простых видах нагружения.

  1. Расчёты статически неопределимых стержневых систем на силовые, температурные и кинематические воздействия.

Ответ:

При эксплуатации конструкции возможно изменение температуры, вызванное условиями работы или сменой времен года. С изменением температуры изменяются линейные размеры элементов конструкции: увеличиваются при нагреве, уменьшаются при охлаждении на величину Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , где Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru - температурный коэффициент линейного расширения (для стали температурный коэффициент линейного расширения Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru ); Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru - длина элемента; Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru - изменение температуры, К.

В статически определимых системах длина стержня может свободно изменяться при их нагреве или охлаждении.

В статически неопределимых системах при изменении температуры возникают дополнительные силы. Если нагреть стержень, жёстко закреплённый по концам, то его длина не может изменяться: этому препятствуют жёсткие заделки. В опорах (заделках) возникают реакции, сжимающие стержень.

  1. Понятие о новых теориях прочности.

Ответ:

Критерии прочности и пластичности, рассмотренные в предыдущих параграфах, справедливы для традицион­ных конструкционных материалов — однородных и изо­тропных. Однако в последнее время в различных облас­тях техники, в том числе и в строительстве, все большее распространение получают новые, так называемые ком­позиционные материалы (композиты). Композит пред­ставляет собой полимерную или металлическую матри­цу, армированную высокопрочными волокнами (стеклян­ными, угольными и т. п.). Отличительными признаками этих материалов являются их неоднородность и, как правило, ярко выраженная анизотропия свойств. Послед­нее обстоятельство находит отражение, в том числе и в прочностных свойствах композитов.

Армирование композита может быть однонаправленным (рис. 14.9, а), ортогональным (рис. 14.9, б), симмет­ричным в нескольких направлениях (рис. 14.9, в).

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

Рис. 14.9. Схемы армирования композитов

При однонаправленном армировании прочность ма­териала в направлении армирования высокая, а в ор­тогональном направлении значительно меньше, потому что определяется в основном прочностью матрицы.

Если подвергнуть однонаправленный композит испы­танию на растяжение или на сдвиг, то разрушение может произойти частично за счет разрыва волокон, а частично за счет скалывания матрицы. Аналогичные соображения оказываются справедливыми и в общем случае армиро­вания композиционных материалов волокнами.

Условие прочности композита можно записать в сле­дующем виде:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

В настоящее время известно большое число различ­ных критериев прочности, предложенных для новых кон­струкционных материалов. В частности, один из критери­ев прочности для ортотропных материалов представляет собой обобщение критерия текучести по удельной энер­гии формоизменения и в случае плоского напряженного состояния записывается следующим образом:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , (14.9)

где Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru — пределы прочности материала при растяже­нии — сжатии в направлении оси z (оси упругой симмет­рии, рис. 14.9, а, б) и при сдвиге; Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru — нормальное напряжение в направлении оси z и касательное напряже­ние.

Если материал имеет разные пределы прочности при растяжении и сжатии, то могут быть использованы усло­вия прочности вида

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , или Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Константы, фигурирующие в этих соотношениях, определяются из опытов на растяжение, сжатие и сдвиг.

Следует обратить внимание на то, что результаты испытаний композитов обладают очень большим случай­ным разбросом и потому указанные константы должны находиться лишь на основе статистического анализа. По­следнее обстоятельство тем более затрудняет выбор на­илучшего критерия прочности композиционного матери­ала.

Среди композитов, применяемых в строительстве, на­ибольшее распространение имеют всевозможные поли­мерные материалы, на прочность которых оказывают большое влияние многие факторы, среди которых в пер­вую очередь нужно назвать температуру и время. Напри­мер, увеличение температуры всего на 20...30°C приводит к заметному снижению прочности указанных материа­лов. Еще более существенным при оценке прочности их является учет временного фактора. Обсуждению этого вопроса посвящена гл. 16.

Билет №12.

  1. Виды пространственных деформаций стержня.

Ответ:

Под действием внешних сил любое тело деформируется, т.е. его форма и размеры изменяются, а точки тела меняют положение в пространстве. Пусть имеется тело с приложенными к нему силами Рi. Мысленно через точку а в направлениях осей у и z проведем бесконечно малые отрезки ав и ас, длины которых dy и dz. После деформации бруса отрезки примут положение, изображенное штриховой линией (рис.1.13). Точка а переместится в положение а1. Величина аа1, равная изменению координат точки называется линейным перемещением точки а. Отрезки ав и ас займут новые положения а1в1 и а1с1. Их длины изменяются на Δdy и Δdz и называются абсолютными линейными деформациями. Угол между начальным положением отрезка ав и конечным - а1в1 - называются угловым перемещением b. Линейные перемещения измеряются в единицах длины, угловые - в радианах или градусах. Отношение приращения длины отрезка к его начальной длине представляет собой относительную линейную деформацию, т.е. Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru . Аналогично Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru . Линейные деформации величины безразмерные. Изменение первоначально угла между отрезками ав и ас после приложения к телу нагрузки, выраженное в радианах, представляет собой угловую деформацию Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Совокупность линейных деформаций e по различным направлениям и угловых деформаций g по различным плоскостям, проходящим через рассматриваемую точку, представляет собой деформированное состояние в этой точке.

  1. Свойства статически неопределимых стержневых систем.

Ответ:

Разность между числом неизвестных и числом независимых уравнений равновесия определяет степень статической неопределимости.

Системы, для которых количество реакций связей превышает число возможных уравнений равновесия, называются статически неопределимыми системами.

  1. Классификация видов изгиба. Изгиб балки в главной плоскости инерции.

Ответ:

Изгибом называется вид нагружения бруса, при котором к нему прикладывается момент, лежащий в плоскости проходящей через продольную ось. В поперечных сечениях бруса возникают изгибающие моменты.

Изгиб называется плоским, если плоскость действия момента проходит через главную центральную ось инерции сечения.

Если изгибающий момент Mx является единственным внутренним силовым фактором, то такой изгиб называется чистым. При наличии поперечной силы Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru изгиб называется поперечным.

Брус, работающий при изгибе, называется балкой.

Билет №13.

  1. Главный вектор и главный момент внутренних усилий. Понятие о внутренних силовых факторах.

Ответ:

Внутри любого материала имеются внутренние межатомные силы. Приложение к телу внешней нагрузки вызывает изменение (увеличение или уменьшение) их, т.е. появление дополнительных внутренних сил. Дополнительные силы взаимодействия, возникающие внутри объекта под действием внешних сил, называются в сопротивлении материалов внутренними силами.

Для определения внутренних усилий используется метод сечений.

Существует шесть составляющих, которые называются внутренними силовыми факторами (В.С.Ф):

N - продольная (нормальная) сила, проекция вектора R на ось z;

Qx, Qy - поперечные силы, проекции вектора R на оси x, y соответственно;

Mz=Mк - крутящий момент, составляющая момента M вокруг оси z;

Mx, My - изгибающие моменты, составляющие момента M вокруг осей x, y соответственно.

  1. Напряжения при чистом сдвиге. Соотношение упругости. Модуль упругости второго рода (модуль сдвига).

Ответ:

Чистый сдвиг

Пусть по граням параллелепипеда действуют главные напряжения Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru =s, Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru = - s , (рис.3.10).

Определим величины нормальных и касательных напряжений, действующих в площадках повернутых под углом 45о к главным. Из формул (3.1) получим, что

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

Напряженное состояние, при котором по граням выделенного элемента действуют только касательные напряжения, называется чистым сдвигом, а площадки - площадками чистого сдвига.

Экспериментально установлено, что существует линейная зависимость между углом сдвига g и касательными напряжениями t (рис.3.11), являющейся законом Гука при сдвиге

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru ,

где G – модуль сдвига, характеризующий способность материала сопротивляться сдвиговой деформации, т.е. характеризующая жесткость материала при сдвиге.

Величина модуля сдвига связана с модулем упругости при растяжении Е и коэффициентом Пуассона ν соотношением

Упругостью называется свойство тел восстанавливать свои первоначальные форму и размеры после снятия нагрузки.

В пределах малых удлинений для большинства материалов справедлив закон Гука - нормальные напряжения в поперечном сечении прямо пропорциональны относительной линейной деформации e

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru . (2.2)

Коэффициент пропорциональности E - модуль продольной упругости, его величина постоянна для каждого материала. Он характеризует жесткость материала, т.е. способность сопротивляться деформированию под действием внешней нагрузки.

  1. Внутренние силовые факторы и нагрузки.

Ответ:

Существует шесть составляющих, которые называются внутренними силовыми факторами (В.С.Ф):

N - продольная (нормальная) сила, проекция вектора R на ось z;

Qx, Qy - поперечные силы, проекции вектора R на оси x, y соответственно;

Mz=Mк - крутящий момент, составляющая момента M вокруг оси z;

Mx, My - изгибающие моменты, составляющие момента M вокруг осей x, y соответственно.

По характеру изменения силы во времени различают нагрузки статические и динамические. Статические нагрузки (постоянные) - такие, которые изменяют свою величину или точку приложения (направление) с очень небольшой скоростью, так что возникающими при этом ускорениями (силами инерции) можно пренебречь. Динамические нагрузки (переменные) - изменяются во времени с большой скоростью, при этом силы инерции должны быть учтены, так как оказывают существенное влияние на конструкцию (например, ударные).

Билет №14.

  1. Напряжения в сечении бруса. Понятие о полном, нормальном и касательном напряжении.

Ответ:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru При кручении в поперечном сечении возникают касательные напряжения, достигающие наибольшего значения в точках сечения у поверхности вала

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

При изгибе в поперечном сечении возникают нормальные напряжения, достигающие максимального значения в крайних волокнах

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

  1. Расчёт заклёпочных соединений.

Ответ:

Рассмотрим основы практических расчетов на срез заклепочных соединений. Более подробно эти вопросы освещаются в курсах деталей машин и конструкций. На рис. 5.5 показано соединение двух листов заклепками (соединение внахлестку). Соединение разрушается в результате перерезывания заклепок по линии соприкосновения листов. Если разрушение каждой заклепки происходит по одной плоскости среза, то заклепочное соединение называется односрезным, если по двум плоскостям, то соединение называется двухсрезным и т.д.

Учитывая большие трудности, связанные с определением действительного напряженного состояния материала заклепки в зоне разрушения, для упрощения задачи принимаем, что по плоскостям среза действуют только касательные напряжения, которые распределяются по поверхности среза равномерно. Второе допущение устанавливает, что при действии статической нагрузки можно принимать поперечную силу в каждой заклепке равной

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru где P - сила, действующая на соединение; n - число заклепок.

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

Приняв указанные допущения, получим условие прочности заклепок на срез:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

где F=πd2/4 - площадь поперечного сечения заклепки диаметром d, [τ]≈(0.6÷0.8)[σ] - допускаемое касательное напряжение. При двухсрезном или многосрезном заклепочном соединении вместо n в формулу (5.12) следует подставлять общее число срезов заклепок, расположенных по одну сторону стыка.

Кроме расчета на срез заклепочные соединения рассчитывают также на смятие. Проверяют напряжения смятия по площади соприкосновения соединяемых листов и заклепок. С целью приближенного расчета истинная эпюра распределения сжимающих напряжений смятия заменяется приближенной равномерной эпюрой (рис. 5.6). Площадь смятия одной заклепки принимают равной Fсм=dt, где t - толщина соединяемых листов.

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

Условие прочности на смятие имеет следующие вид: Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

где [σсм]≈(0.5÷0.6)[σ] - допускаемое напряжение на смятие.

В случае склепывания внахлестку двух листов различной толщины надо принимать t=tmin.

Кроме расчета на срез и смятие составляют также условие прочности листа на разрыв

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

где F1 - площадь сечения листа по ряду заклепок в направлении, перпендикулярном линии действия силы P; n1 - число заклепок в этом сечении; b - ширина листа

  1. Чистый изгиб: основные допущения, нормальные напряжения, зависимость между изгибающим моментом и кривизной оси изогнутой балки.

Ответ:

Если изгибающий момент Mx является единственным внутренним силовым фактором, то такой изгиб называется чистым.

Определим нормальные напряжения, возникающие при чистом изгибе балки находящейся под действием моментов Мх.

В произвольной точке балки (рис.6.6, т.А) в общем случае могут возникать нормальные напряжения как вдоль продольной оси σz, так и вдоль поперечных осей σx, σy. Однако экспериментально установлено, что нормальные напряжения σx, σy пренебрежимо малы по сравнению с напряжениями σz. Принимается так называемая гипотеза ненадавливания продольных волокон σx = 0, σy = 0. Поэтому можно принять, что материал балки находится при линейном напряженном состоянии вдоль оси z, и деформации подчиняются закону Гука. То есть нормальные напряжения при изгибе можно определить из формулы Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Установим закон изменения деформаций при изгибе балки. Экспериментально получено, что в деформируемой балке поперечные сечения плоские до деформации остаются плоскими и поперечными после деформации, имеет место гипотеза плоских сечений. При этом верхние волокна удлиняются, нижние укорачиваются, а продольная линия не меняет своей длины. Слой балки, не испытывающий при изгибе ни растяжения ни сжатия, называется нейтральным слоем. Линия пересечения нейтрального слоя и плоскости поперечного сечения называется нейтральной линией.

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru Определим относительную деформацию волокна ав εz (далее будем обозначать ее просто ε).

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru ,

где r - радиус кривизны нейтрального слоя,

у - расстояние от нейтрального слоя до рассматриваемого волокна балки.

Подставляя это соотношение в закон Гука, получим:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru (6.1)

т.е. напряжения s линейно зависят от координаты у.

Используя интегральную связь между напряжениями и изгибающим моментом

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru ,

подставляя в него соотношение (6.1), получим Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , где Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru - осевой момент инерции сечения.

Тогда получим выражение Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , подставляя которое в (6.1) окончательно имеем формулу для нормальных напряжений при изгибе

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Эпюра нормальных напряжений показана на рис.6.6. Как видно, на нейтральной линии они равны нулю, максимального значения напряжения достигают в крайних верхних и нижних волокнах балки.

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Обозначая Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , получим формулу для максимальных напряжений в произвольном сечении

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru ,

где Wx – осевой момент сопротивления сечения изгибу, геометрическая характеристика поперечного сечения.

Билет №15.

  1. Связь между напряжениями и внутренними силовыми факторами.

Ответ:

Нормальные и касательные напряжения в каждом поперечном сечении тела связаны определенным образом с внутренними усилиями, действующими в этом сечении. Если рассмотреть элементарную площадку dF поперечного сечения F бруса с действующими по этой площадке напряжениями s, tх, tу, получим, что на площадку dF действуют элементарные силы s dF, tхdF tуdF. Тогда можно записать следующие интегральные зависимости:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

  1. Расчёт сварных соединений.

Ответ:

Исходя из принципа равнопрочности сварного стыка и основного металла, а также принимая во внимание, что сварное соединение весьма часто разрушается по основному металлу, нормативное сопротивление (предел текучести) сварного соединения принимают таким же, как для основного металла.

Одинаковыми с основным металлом принимаются и коэффициенты однородности для соединений стыковыми швами, выполненных автоматической сваркой. В случае ручной сварки шлакообразующими электродами коэффициенты однородности соединений в стык в растянутых элементах принимаются одинаковыми с основным металлом только при плотных швах, плотность которых гарантирована специальными мерами контроля над качеством швов; последнее обязательно для ответственных конструкций, особенно работающих на динамическую нагрузку, Если отсутствует специальный контроль, то ввиду большого рассеяния величин прочности сварки для стыковых швов, работающих на растяжение, коэффициент однородности принимается более низкий, чем для основного металла (порядка 0,75). Для сжатых элементов, где небольшая пористость швов не имеет существенного значения, величины коэффициентов однородности принимаются такими же, как для основного металла. В результате для расчета соединений в стык, выполненных ручной сваркой шлакообразующими электродами, получаются два расчетных сопротивления осевым усилиям, равных для конструкций из малоуглеродистой стали: Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru = 0,9-24 = 21 кг/мм2 для сжатых элементов, а также для растянутых элементов при специальных мерах контроля (что совпадает с расчетным сопротивлением основного металла) и Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru = 0,75-24 = 18 кг/мм2 для растянутых элементов при отсутствии специальных мер контроля. Для конструкций из низколегированных сталей соответствующие величины расчетных сопротивлений составляют 29 и 25 кг/мм2.

Расчетное сопротивление срезу принимается при расчете соединений в стык таким же, как для основного металла: Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru = 13 кг/мм2 для конструкций из малоуглеродистой стали и Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru =17 кг/мм2 для конструкций из низколегированной стали.

  1. Жёсткость и податливость поперечного соединения.

Ответ:

Жёсткость – это способность тела или конструкции сопротивляться деформации.

Кривизна нейтрального слоя изогнутой оси балки прямо пропорциональна изгибающему моменту и обратно пропорциональна величине Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , называемой жёсткостью сечения балки при изгибе.

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru

Формула выведена для чистого изгиба бруса, при котором во всех поперечных сечениях момент Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru одинаков. При поперечном изгибе в сечениях кроме изгибающего момента возникают поперечные силы и, следовательно, касательные напряжения. Поперечные силы вызывают сдвиг сечений, при этом сечения искривляются, а продольные волокна давят одно на другое.

Билет №16.

  1. Дифференциальные уравнения равновесия бруса с прямолинейной осью.

Ответ:

Рассмотрим решение задачи об устойчивости сжатого стержня. Пусть стержень, оба конца которого закреплены шарнирно, сжат силой Ркр (рис.9.2). Стержень искривился так, что в сечении z прогиб составил δ. Приближенное дифференциальное уравнение изогнутой оси балки имеет вид:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Изгибающий момент в сечении z в изогнутом состоянии равен моменту силы Ркр, но обратного направления, а, следовательно, и знака

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Тогда дифференциальное уравнение изогнутой оси балки в направлении минимальной жесткости будет

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Обозначая Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru (9.1) получим линейное дифференциальное уравнение второго порядка относительно прогиба δ

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Его общее решение имеет вид

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru ,

где С и D – постоянные интегрирования, определяемые из условий на опорах. На опорах стержня прогиб равен нулю, т.е. 1) при z=0, δ=0;

2) при z=l, δ=0. Подставляя первое условие в уравнение прогибов получим С=0, из второго условия получим Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Последнее соотношение справедливо при Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , где n – любое целое число.

Откуда Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , с учетом принятого ранее обозначения (9.1), получим Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Минимальное действительное значение критической силы получится при n=1

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru . (9.2)

Это и есть формула Эйлера для критической силы.

Прогиб стержня с шарнирным закреплением концов происходит по синусоиде с одной полуволной

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

  1. Энергия деформации при сдвиге.

Ответ:

Удельной потенциальной энергией деформации u называется величина потенциальной энергии деформации U, накопленной в единице объема тела V. Для линейного напряженного состояния:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Используя принцип независимости действия сил, полученный результат можно обобщить на случай объемного напряженного состояния:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

В случае площадок общего положения (не главных площадок) выражение для удельной потенциальной энергии приобретает вид:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Предыдущее выражение можно преобразовать с помощью формул обобщенного закона Гука к виду:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru . (3.5)

Рассмотрим напряженное состояние чистого сдвига. Запишем выражение удельной потенциальной энергии деформации по площадкам чистого сдвига:

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

С другой стороны чистый сдвиг - это двухосное напряженное состояние с главными напряжениями Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru ; Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , поэтому можно записать u как

Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Очевидно, величина удельной потенциальной энергии деформации u не должна зависеть от того по каким площадкам она записана, поэтому Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru , откуда, как упоминалось ранее Понятия о перемещениях и деформациях - student2.ru .

Таким образом, постоянные упругости материалов, характеризующие жесткость при растяжении и сдвиге и поперечную деформацию, являются зависимыми. Поэтому достаточно определить лабораторным путем при растяжении две характеристики упругости Е и n, а третья G может быть вычислена аналитически.

  1. Внутренние силовые факторы в поперечных сечениях балок при плоском поперечном изгибе.

Ответ:

Наши рекомендации