Сопротивление материалов при нагрузке

Вычисление допускаемой нагрузки по предельному состоянию и монтажных напряжений в обоих стержнях. Определение размеров поперечного сечения при допускаемом напряжении на сжатие. Расчет величины критической силы и коэффициент запаса устойчивости.

Рубрика Производство и технологии
Вид задача
Язык русский
Дата добавления 10.01.2011
Размер файла 115,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Вариант 37

Задача 1

Абсолютно жесткий брус опирается на шарнирно-неподвижную опору и прикреплен к двум стержням с равным поперечным сечением. Площадь сечения стержней А = 2•10-4 м2. Модуль упругости материала стержней Е = 2105 МПа, коэффициент линейного расширения = 1210-6 1/град. Размеры бруса: a = 0,5 м, b = 3 м, h = 1м, с = 2 м.

Требуется:

1. Вычислить допускаемую нагрузку [Q], приняв большее из напряжений за допускаемое [] = 160 МПа.

2. Вычислить допускаемую нагрузку по предельному состоянию [Q]пр.

3. Сравнить полученные результаты.

4. Вычислить монтажные напряжения в обоих стержнях, если длина второго стрежня короче номинальной на величину 2 = 2•10-3 м

5. Вычислить напряжения в обоих стержнях, если температура первого стержня увеличится на величину t1 = -40С.

6. Вычислить напряжения в обоих стержнях от совместного действия нагрузки, неточности изготовления второго стержня и изменение температуры первого стержня.

Вычислить допускаемую нагрузку [Q], приняв большее из напряжений в стержнях за допускаемое [].

Составляем расчетную схему. Под действием силы Q стержни 1 и 2 будет растягиваться. Вследствие этого появятся внутренние силы N1 и N2. Составим уравнение моментов относительно точки О:

При неизвестных реактивных усилиях N1, N2, Rox, Roy и трех уравнений статики (плоская система сил) заданная стержневая система является статически неопределимой, и степень статической неопределимости (ССН) определяется:

ССН = m - n,

где m - количество неизвестных реакций, n - количество уравнений. Таким образом, ССН = 4 - 3 =1, то есть для решения данной задачи необходимо составить еще одно дополнительное уравнение, называемое уравнением совместности деформаций.

Составляем уравнение совместности деформаций. Из подобия треугольников АА1О и СС1О имеем:

.

Считаем, что угловые деформации малы, поэтому изменением угла пренебрегаем.

АА1=l2, , KА1=l1. То есть:

По закону Гука имеем:

; .

Длину первого стержня определяем по теореме Пифагора:

м

Подставляем значения удлинений в уравнение совместности деформаций:

.

Тогда, . Окончательно имеем: N2 = 1,3N2

Из этого выражения видно, что N1<N2. Соответственно, напряжения в первом стержне I меньше, чем напряжения во втором II. Поэтому, максимальные напряжения по абсолютному значению будут во втором стержне: II = [] и кН. Значение N1 = 24,62 кН.

Оба стержня сжаты.

Найдем напряжения в обоих стержнях: II = [] = -160 МПа; I = -123,1 МПа. растянуты.

Подставим значения сил N1 и N2 в первое уравнение и определим значение [Q]:

кН.

Вычислить допускаемую нагрузку по предельному состоянию [Q]пр.

Предельное состояние будет возникать, если напряжения в стержнях будут равны предельным, то есть пределу текучести т: I = II = т

Составляем уравнение предельного равновесия:

;.

Предельные усилия в каждом из стержней:

.

Решаем относительно предельной нагрузки для системы:

.

Допускаемая нагрузка по предельному состоянию [Q]пр определяется как:

,

где n - коэффициент запаса прочности.

С учетом, что получим [Q]пр = 23,51 кН.

Сравнить полученные результаты.

Определяем погрешность между расчетами:

%.

По условию предельного состояния допускаемую нагрузку можно не менять (погрешность < 5%).

Вычислить монтажные напряжения в обоих стержнях, если длина второго стержня короче номинальной на величину 2=1,5 мм.

Составляем расчетную схему. С учетом удлинения стержня 2 точка А должна совпасть с точкой Е, если бы не было стержня 1. Сопротивление первого стержня приводит к тому, что точка А занимает положение А1. В связи с этим, в стержнях появляются внутренние усилия N1 и N2. Составим уравнение статики:

;

Из этого уравнения следует, что:

Составляем уравнение совместности деформаций. Из подобия треугольников АА1О и ВВ1О имеем:

;

; ;

1=l1.

По закону Гука:

; .

Решая совместно уравнения получим:

N1= 29,76 кН; N2= 41,34 кН.

2 стержень сжат; 1 - растянут.

Определим напряжения:

I =148,8 МПа; II = -206,7 МПа.

5. Вычислить напряжения в обоих стержнях, если температура первого стержня уменьшится на величину t1=40.

Составим расчетную схему. С учетом удлинения стержня 1 точка В должна совпасть с точкой Е, если бы не было стержня 2. Сопротивление второго стержня приводит к тому, что точка В занимает положение В1. В связи с этим, в стержнях появляются внутренние усилия N1 и N2. Составим уравнение статики:

;

Из этого уравнения следует, что:

Составляем уравнение совместности деформаций. Из подобия треугольников АА1О и ВВ1О имеем:

; ; ; ; ; АА1=l2.

По закону Гука:

; .

Решая совместно получим:

N1=5,15 кН; N2=7,15 кН.

2 стержень сжат; 1 - растянут.

Определим напряжения:

I =25,75 МПа; II = -35,76 МПа.

Вычислить напряжения в обоих стержнях от совместного действия нагрузки, неточности изготовления второго стержня и изменение температуры первого стержня.

Сведем данные расчетов в Таблицу

Таблица 1.

Фактор, вызывающий напряжения

Напряжения, МПа

1 стержень

2 стержень

Нагрузка [Q] = 20,96 МПа

-160

-123,1

Неточность изготовления 2-го стержня

148,8

-206,7

Изменение температуры 1-го стержня

25,75

-35,76

ИТОГО

14,55

-365,56

Из таблицы видно, что для заданной схемы для стержня 1 сочетания всех трех факторов является благоприятным фактором (напряжения значительно меньше допускаемых), а для стрежня 2 - неблагоприятным: стержень разрушится.

Задача 2

Дана двух опорная балка с приложенными к ней нагрузками М= -15кНм; F=-20 кН; q = 12 кН/м. Допускаемое напряжение [] = 160 МПа. размеры балки a = 0,8 м; b = 0,7 м; c = 0,5 м.

Требуется:

1. Подобрать для схем (а) балку круглого, прямоугольного (отношение сторон h/b=2), кольцевого (отношение диаметров с=0,5), двутаврового сечений при заданном [];

2. Сравнить площади поперечных сечений и сделать вывод о том, какая форма наиболее рациональна.

Решение

1. Определяем опорные реакции балки.

Проверяем правильность определения опорных реакций:

Реакции определены верно.

2. Запишем уравнения поперечных сил и изгибающих моментов для каждого участка балки.

Участок I. О ? Z1?0,8

; кН;

; ; кНм.

Строим эпюры по вычисленным значениям.

Участок

П. 0 < Z2 < 0,7

; кН;

; кНм; кНм.

Строим эпюры по вычисленным значениям.

Участок IП.

0 < Z3 < 0,5

Q(z3) = -RВ + qz3; Q(0) = 87 кH; Q(0.5) = 93 кН

M(z3)= RВ z3 - qz3z30.5; M(0) = 0; M(0.5)= -45 кHм

3. Опасным будет сечение, в котором изгибающий момент достигает максимального значения по абсолютной величине.

В данной задаче Mmax = 45 кНм.

Вычисляем необходимый момент сопротивления поперечного сечения балки

см3.

3.1. Двутавровое поперечное сечение.

Этому моменту сопротивления соответствует двутавр №24, момент сопротивления и площадь поперечного сечения которого соответственно равны Wx=289 cм3; А= 34,8 см2.

3.2. Прямоугольное сечение (h/b = 2).

см

h=15 см; b=7,5 см; А=112,5 см2.

3.3. Круглое поперечное сечение:

, см

см2.

3.4. Кольцевое сечение (с = 0,7).

см

см2

3. Сравниваем площади поперечных сечений А, подобранных профилей, сведя данные в Таблицу 2:

Таблица 2.

Тип сечения

Площадь сечения, см2

Двутавровое

38,4

Прямоугольное

112,5

Круглое

156,4

Кольцевое

95,7

Таким образом, при изгибе оптимальным является сечение двутавра.

Задача 3

Дан стержень с опорами, закрепленными по указанной схеме, сжат силой F = 90 кН. Поперечное сечение - равносторонний треугольник. Длина стержня 1 = 0,85 м. Материал стержня - чугун. Модуль упругости Е = 1,3105 МПа, допускаемое напряжение [у] = 130 МПа. Коэффициент закрепления опор = 0,7

Требуется определить:

- размеры поперечного сечения при допускаемом напряжении на сжатие [у];

- величину критической силы Fk;

- коэффициент запаса устойчивости nу.

Решение.

Задача решается методом приближения. В первом приближении задаемся коэффициентом уменьшения основного допускаемого напряжения 1 = 0,5. Из условия устойчивости определяем площадь сечения:

Из площади сечения находим сторону сечения b:

= 4,3 см.

Определяем минимальный радиус инерции по формуле:

, где .

=0,88 см

Определяем гибкость стержня:

По таблице находим соответствующее значение коэффициента уменьшения основного допускаемого напряжения ' = 0,36. Производим проверку на устойчивость:

МПа > []

Так как у > [у], то задаемся новым значением ц и повторяем весь расчет.

=6,1 см. = 1,24 см.

По таблице находим соответствующее значение коэффициента уменьшения основного допускаемого напряжения ' = 0,6. Производим проверку на устойчивость:

МПа

Допускаемая погрешность не более 5%. Определяем погрешность

Погрешность больше допустимой, поэтому задаемся новым значением ц и повторяем весь расчет.

=5,54 см. = 1,13 см.

По таблице находим соответствующее значение коэффициента уменьшения основного допускаемого напряжения ' = 0,46. Производим проверку на устойчивость:

МПа

Определяем погрешность

Погрешность не находится в допускаемых пределах.

Задаемся новым значением ц и повторяем весь расчет.

=5,71 см. = 1,16 см.

По таблице находим соответствующее значение коэффициента уменьшения основного допускаемого напряжения ' = 0,56. Производим проверку на устойчивость:

МПа

Определяем погрешность

Погрешность не находится в допускаемых пределах.

Задаемся новым значением ц и повторяем весь расчет.

=5,5 см. = 1,12 см.

По таблице находим соответствующее значение коэффициента уменьшения основного допускаемого напряжения ' = 0,46. Производим проверку на устойчивость:

МПа

Значения повторяются. Поэтому принимаем b = 5,71 см, А = 14,1 см2.

Определяем критическую силу:

кН.

Определяем коэффициент запаса устойчивости:

Ответ: FK=695 кН; nу = 7,7.


Подобные документы

  • Эпюры изгибающих моментов ступенчатого вала в вертикальной и горизонтальной плоскости. Влияние изменения длины стойки на величину допускаемой нагрузки. Удельная потенциальная энергия деформаций стального кубика. Сопротивление поперечного сечения балки.

    контрольная работа [875,5 K], добавлен 29.11.2013

  • Статически определимые стержни при растяжении-сжатии. Определение допускаемой нагрузки и размеров сечения. Составление схемы с указанием моментов. Нахождение эпюры максимального касательного напряжения. Основные параметры и изображение плоского изгиба.

    контрольная работа [3,5 M], добавлен 06.11.2014

  • Оценка допустимой нагрузки на балку, исходя из условий прочности. Расчет ядра сечения, растягивающих и сжимающих напряжений в стержне. Анализ наибольшего нормального напряжения стальной балки, лежащей на двух жестких опорах, запаса устойчивости.

    контрольная работа [3,1 M], добавлен 27.05.2015

  • Анализ конструктивных особенностей стального стержня переменного поперечного сечения, способы постройки эпюры распределения нормальных и касательных напряжений в сечении балки. Определение напряжений при кручении стержней с круглым поперечным сечением.

    контрольная работа [719,5 K], добавлен 16.04.2013

  • Определение размеров деталей или внешних нагрузок, при которых исключается возможность появления недопустимых с точки зрения нормальной работы конструкции деформаций. Напряжения в точках поперечного сечения при изгибе с кручением. Расчет на прочность.

    курсовая работа [1017,9 K], добавлен 29.11.2013

  • Периоды развития металлических конструкций. Определение усилий в стержнях рамы, нагрузки на ригель, реакций опоры. Приведение внешней нагрузки на ригель к узловой. Расчет рамы на постоянную, ветровую и снеговую нагрузку. Подбор сечения стержней рамы.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 26.02.2013

  • Компоновка элементов балочной клетки; подбор ее поперечного сечения и проверка общей устойчивости. Определение размеров несущего настила. Вычисление центрально сжатой колонны балочной клетки: стержня, соединительных планок, базы и оголовка колонны.

    курсовая работа [576,6 K], добавлен 05.11.2012

  • Определение габаритных и присоединительных размеров резца. Точность размеров и формы инструментальных материалов. Расчет конструктивных элементов державки. Определение силы резания и крутящего момента на резце. Вычисление зубчиков муфты на смятие.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 14.11.2017

  • Расчеты значения продольной силы и нормального напряжения для ступенчатого стального бруса. Центральные моменты инерции сечения. Построение эпюры поперечных сил и изгибающих моментов от расчетной нагрузки. Определение несущей способности деревянной балки.

    контрольная работа [1,8 M], добавлен 01.02.2011

  • Расчет подредукторной фермы вертолета. Ее геометрические параметры. Определение усилий в стержнях фермы и их проектировочный расчет. Расчет кругового кольца при плоском изгибе. Определение внутренних силовых факторов и поперечного сечения шпангоута.

    курсовая работа [776,7 K], добавлен 17.04.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.