Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Примеры решения задач

РефератПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Решение. Для заданной системы информативно только одно уравнение равновесия, а именно сумма проекций всех действующих сил на вертикальную ось х стержня. Остальные уравнения статики удовлетворяются тождественно. Поскольку неизвестными являются две силы реакции RB и Rp задача один раз статически неопределима. Следовательно, для определения двух неизвестных сил реакций уравнение равновесия нужно… Читать ещё >

Примеры решения задач (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Пример 2.1. Исходя из условий прочности и жесткости определим площадь поперечного сечения А прямого стержня (рис. 2.21, а). Материал стержня — незакаленная сталь У8 (? = 2 • 10г> МПа; аф = 250 МПа; агс = 430 МПа). По условиям работы конструкции предельное перемещение составляет AL= 1 мм. Примем п] = 2; F = - 10 кН; / = 1 м.

К примеру 2.1.

Рис. 2.21. К примеру 2.1.

Решение. Разделим стержень на три участка, выбрав в качестве границ участков сечения, в которых приложены сосредоточенные силы. Воспользуемся методом сечений для участка /1J5 (рис. 2.22, а). Для удобства воспользуемся локальной координатой х, (0 < х, < /).

Составляя уравнение равновесия для отсеченной части стержня, получим.

Примеры решения задач.

где Д/ есть удлинение участка стержня длиной х,. Определим удлинения в граничных сечениях участка: Примеры решения задач.

К решению примера 2.1.

Рис. 2.22. К решению примера 2.1.

Рассматривая условие равновесия второго участка (0 < х2 К 21), найдем (рис. 2.22,б): Примеры решения задач.

Для начального и конечного сечений установим значения А/: Примеры решения задач.

Рассматривая третий участок (рис. 2.22, в), получим значения нормальной силы и перемещения сечения, отдаленного от сечения С на расстояние х3 (0 < лг3 < 21): Примеры решения задач.

В отличие от первых двух участков на третьем участке нормальная сила получила отрицательный знак. Следовательно, на рис. 2.22, в се направление следует изменить на противоположное. Третий участок испытывает сжатие.

Определим удлинения, которые соответствуют начальному и конечному сечениям третьего участка:

Примеры решения задач.

Графики изменения нормальных сил, нормальных напряжений, изменений удлинений и абсолютных перемещений показаны соответственно на рис. 2.21, б—д.

В сопротивлении материалов и конструкций такие графики называют эпюрами.

Эпюра удлинений не дает возможности непосредственно установить абсолютное перемещение и в текущем сечении стержня. Для перестроения эпюры Д/ в эпюру перемещений и (х) необходимо выбрать начало отчета. В рассматриваемой задаче в качестве начала отсчета логично выбрать неподвижно закрепленное сечение D. Для построения эпюры перемещений следует вычесть из текущего значения эпюры удлинений постоянную величину, соответствующую полученному значению Д/ в точке D:

Примеры решения задач.

Эгиора абсолютных перемещений стержня представлена на рис. 2.21, д. Положительные перемещения сечений соответствуют положительному направлению оси Ох.

Максимальные растягивающие нормальные напряжения действуют в любом сечении второго участка. Принимая oL = стр, запишем условие прочности в следующем виде:

Примеры решения задач.

В то же время максимальное сжимающее напряжение действует в любом сечении третьего участка, причем эти напряжения в 1,5 раза больше, чем напряжения на втором участке. Однако следует учесть, что сталь У8 имеет разные прочностные характеристики при растяжении и сжатии. Найдем площадь поперечного сечения исходя из условия прочности третьего участка:

Примеры решения задач.

Из расчетов ясно, что с позиций условия прочности растянутый участок находится в более опасном состоянии, поскольку допустимая площадь поперечного сечения оказалась больше, чем для сжатого участка.

Таким образом, для удовлетворения прочности требуется выполнить условие.

Примеры решения задач.

Рассчитаем конструкцию на жесткость. Условие жесткости проверяем по сечению С, которое получает максимальное перемещение (см. рис. 2.21, д):

Примеры решения задач.

Отмечаем, что условие по жесткости конструкции оказывается более критическим, чем условие по прочности. Окончательно устанавливаем, что для удовлетворения требований как по прочности, так и по жесткости площадь поперечного сечения должна удовлетворять условию.

Примеры решения задач.

С целью проверки правильности решения задачи сопоставим работу внешних сил, приложенных к системе, с работой внутренних сил.

Для вычисления работы внешних сил воспользуемся формулой (2.18). Перемещения точек приложения сил возьмем непосредственно с эпюры перемещений (см. рис. 2.21, д):

Примеры решения задач.

Работу внутренних сил, эквивалентную потенциальной энергии деформации, вычислим по формуле (2.22) отдельно для каждого из участков. Просуммировав полученные результаты, получим.

Примеры решения задач.

Равенство работ, выполненных внешними и внутренними силами, подтверждает правильность решения задачи.

Пример 2.2. По условиям прочности и жесткости рассчитаем допускаемую величину нагрузки F для прямого стержня переменного сечения, изображенного на рис. 2.23. Дано: А = 3 • 10 4 м2; /= 0,1 м; [п = 2,5; AL = 0,8 мм; ql = 2F. Материал стержня — незакаленпая сталь У8 (см. табл. 2.1).

К примеру 2.2.

Рис. 2.23. К примеру 2.2.

Решение. Для удобства вычислений разобьем стержень на три участка, в пределах которых будем использовать локальные координаты хр i = 1,2, 3.

Составим уравнение равновесия и определим усилие в заделанном сечении В:

Примеры решения задач.

Отметим, что реакция в опоре В является сжимающей силой. Рассмотрим условие равновесия первого участка стержня (0 < Jtr, < /) (рис. 2.24, а).

К решению примера 2.2.

Рис. 2.24. К решению примера 2.2.

Определим значения нормальных сил, нормальных напряжений и перемещений. В качестве начала отсчета для построения эпюры перемещений выберем неподвижно закрепленное сечение В:

Примеры решения задач.

Для этого участка нормальная сила и нормальное напряжение постоянны, а перемещение изменяется по линейному закону и его значения в начальном и конечном сечениях участка равны Примеры решения задач.

Примеры решения задач.

Для начального и конечного сечений получаем.

Примеры решения задач.

Для установления значений перемещений используем формулу (2.8):

Примеры решения задач.

Таким образом, перемещения на втором участке изменяются по квадратичному закону. Их значения в начальном и конечном сечениях будут.

Примеры решения задач.

Исследовав зависимость на экстремум, устанавливаем, что максимальное по аб;

' 41Я солютной величине перемещение, равное —, получает сечение с координатой х*= 1,25/ (рис. 2.23, г).

Рассмотрим условие равновесия третьего участка (см. рис. 2.24, в): Примеры решения задач.

По формуле (2.8) определим величину перемещений: Примеры решения задач.

Па основании полученных результатов построены эпюры нормальных сил, порма. пьных напряжений и перемещений (см. рис. 2.23, б—г).

Из табл. 2.1 для материала стержня выпишем:? = 2 -10' МПа, аф = 250 МПа, атс = 430 МПа.

Максимальные растягивающие нормальные напряжения возникают в сечениях третьего участка. Определим допускаемую нагрузку, используя условие прочности для третьего участка:

Примеры решения задач.

Анализируя максимальные сжимающие напряжения, заключаем, что опасным является любое поперечное сечение первого участка. Определим допускаемую нагрузку, используя условие прочности для первого участка:

Примеры решения задач.

Таким образом, исходя из условия прочности значение допускаемой нагрузки составит F< 10,32 кП.

Из условия жесткости стержня получим.

Примеры решения задач.

Окончательно сравнением полученных результатов устанавливаем, что допускаемое значение силы /'< 10,32 кН.

Пример 2.3. Проверим выполнение условия прочности системы, состоящей из двух стержней круглого поперечного сечения диаметром d (рис. 2.25). Определим вертикальное перемещение точки В. Дано: / = 1,5 м; d = 8 мм; F = 7,54 кН; а = 60°; Е = = 2−105 МПа; отр = 330 МПа.

К примеру 2.3.

Рис. 2.25. К примеру 2.3.

Решение. Определим величину N нормальных сил в стержнях. Используя метод сечений, рассмотрим малую область вокруг шарнира В, заменив отброшенную верхнюю часть конструкции силами взаимодействия (рис. 2.25, а). Так как система симметрична относительно оси BD, возникшие в стержнях нормальные силы будут равны друг другу. В соответствии с принципом неизменности начальных размеров считаем, что в результате деформации изменение угла между стержнями незначительно.

Спроецируем силы, представленные на рис. 2.25, б, на вертикальное направление: Примеры решения задач.

Возникшие в стержнях нормальные напряжения равны.

Примеры решения задач.

Так как предел текучести материала ат|) = 330 МПа, коэффициент запаса прочности будет равен.

Примеры решения задач.

Определим вертикальное перемещение точки В — Ан. Для этого, воспользовавшись методом сечений, рассмотрим окрестность узла В в деформированном состоянии (рис. 2.25, в). Точка В переместится в некоторое новое положение, которое в общем случае заранее неизвестно, поэтому определяется субъективно. Предположим, что в результате деформирования точка В переместится вниз. Новое положение стержней соответствует принципу неизменности начальных размеров, и если бы стержни не были соединены, то их концевые сечения в результате удлинений переместились бы в точки В'. Реальные стержни соединены в шарнир и одновременно с удлинениями совершают поворот вокруг точек С и С. Точка Е, полученная на пересечении двух дуг, соответствует новому положению точки В в деформированной системе. Так как перемещения малы, замена дуг касательными вызывает несущественное искажение картины деформации. Перемещение точки В найдем из рассмотрения треугольника ВВ’В"

Примеры решения задач.

С помощью формулы (2.18) определим работу внешних сил:

Примеры решения задач.

Что касается потенциальной энергии деформации, для ее определения используем формулу (2.22):

Примеры решения задач.

Как ясно из полученных результатов, работы, выполненные внешними и внутренними силами, равны друг другу.

Пример 2.4. Один конец массивного жесткого тела ЛС закреплен на стенке неподвижным шарниром (рис. 2.26, а). В средней точке В тело подвешено на вертикальном стержне с круговым поперечным сечением, изготовленном из малоуглеродистой стали. Дано: F= 6000 Н; / = 0,8 м; d = 10 мм; а = 0,5 м; сттр = 250 МПа.

Требуется определить коэффициент запаса и найти перемещение точки С, угол поворота тела, работу внешних и внутренних сил.

Решение. В задаче три неизвестные: вертикальная и горизонтальная реакции в опоре Л, а также вертикальная реакция в опоре D. Для заданной плоской системы сил можно составить три уравнения равновесия. Так как число неизвестных равно числу уравнений равновесия, задача статически определимая.

К примеру 2.4.

Рис. 2.26. К примеру 2.4.

Для определения нормальной силы, которая возникает в стержне, используем метод сечений (рис. 2.26, б). Из условия равенства нулю суммы моментов, приложенных к системе сил относительно точки А, следует уравнение.

Примеры решения задач.

Этим уравнением мы фактически определили реакцию опоры П, которая одновременно играет и роль также нормальной силы для стержня. Для последующих суждений знание двух других реакций не требуется. I То для получения полной картины все же определим их, спроецировав действующие силы па направления осей х и у:

Примеры решения задач.

Определим нормальные напряжения, которые возникают в стержне: Примеры решения задач.

Определим коэффициент запаса прочности:

Примеры решения задач.

Брус АС считаем абсолютно жестким, поэтому при деформировании системы брус повернется относительно шарнира А на некоторый угол (рис. 2.26, в).

В силу малости перемещений перемещения точек В и С считаем вертикальными, при этом перемещение точки В считаем равным удлинению стержня BD:

Примеры решения задач.

В то же время перемещение точки С определится из рассмотрения подобия треугольников АВВ' и АСС:

Примеры решения задач.

Определим угол поворота абсолютно жесткого стержня АС:

Примеры решения задач.

Подсчитаем работы внешних и внутренних сил:

Примеры решения задач.

Равенство работ свидетельствует о правильности расчетов.

Пример 2.5. Рассмотрим стержневую систему (рис. 2.27, а), в которую входит наклоненный стержень длиной 1-ЛИ (а = 0,5 м). Все остальные необходимые величины возьмем из примера 2.4. Найдем перемещение точки С, угол поворота тела, работу внешних и внутренних сил.

Решение. Используя метод сечений, составим силовую схему (рис. 2.27, б).

Составим уравнения равновесия:

Примеры решения задач.

Отсюда устанавливаем значения неизвестных:

К примеру 2.5.
Рис. 2.27. К примеру 2.5.

Рис. 2.27. К примеру 2.5.

Определим нормальные напряжения в стержне:

Примеры решения задач.

Тогда коэффициент запаса прочности составит.

Примеры решения задач.

Если полученный коэффициент запаса не дает надежную гарантию работоспособности конструкции, его необходимо повысить. Этого можно достигнуть путем уменьшения приложенной силы или за счет увеличения площади поперечного сечения стержня. Существует и возможность использования материала с более высокими прочностными характеристиками. Если применить нсзакалснную сталь 45, предел текучести которой ат|) = 370 МПа, то коэффициент запаса прочности станет равным.

Примеры решения задач.

Для определения перемещений составим схему деформирования (рис. 2.27, в). Удлинение стержня BD определим по формуле.

Примеры решения задач.

Вертикальное перемещение точки В определится как проекция Д/ на вертикальную ось:

Примеры решения задач.

Используя подобие треугольников ЛВВ' и АСС, определим искомое перемещение точки С:

Примеры решения задач.
Примеры решения задач.

Определим работы внешних и внутренних сил:

Примеры решения задач.

Все рассмотренные выше задачи относились к статически определимым задачам. Это позволило определить неизвестные реакции и внутренние силы, используя только уравнения статики. Для оценки прочности использовался расчет по допускаемым напряжениям. Отметим, что расчет статически определимых стержневых систем по предельным нагрузкам с использованием схематизированной диаграммы идеального упругопластичного материала (см. рис. 2.20) даст тот же результат, поскольку достижение напряжения текучести хотя бы в одном элементе превращает статически определимую систему в механизм.

Пример 2.6. Для стержня, жестко закрепленного по торцам (рис. 2.28), установим размеры поперечного сечения. Дано: F = 300 II; / = 0,2 м; Д; = 2,5−10~4 м; коэффициенты запаса прочности и жесткости соответственно равны [пл = 2,5 и [ид] = 2. Стержень изготовлен из малоуглеродистой стали: сттр = атс = 250 МПа.

К примеру 2.6.

Рис. 2.28. К примеру 2.6.

Решение. Для заданной системы информативно только одно уравнение равновесия, а именно сумма проекций всех действующих сил на вертикальную ось х стержня. Остальные уравнения статики удовлетворяются тождественно. Поскольку неизвестными являются две силы реакции RB и Rp задача один раз статически неопределима. Следовательно, для определения двух неизвестных сил реакций уравнение равновесия нужно дополнить еще одним уравнением. Таким уравнением является уравнение совместности перемещений.

Спроецируем все действующие силы, как активные, так пассивные, на ось стержня (рис. 2.28):

Примеры решения задач.

откуда получим первое уравнение.

Примеры решения задач.

Составим уравнение перемещений. Поскольку общая длина стержня не изменяется, составим сумму удлинений всех участков и приравняем се к нулю:

Примеры решения задач.

Временно считаем, что опорная реакция RH нам известна. Используя метод сечений, определим значения нормальных сил на каждом участке стержня, а затем по формуле (2.10) рассчитаем удлинения участков:

Примеры решения задач.

Подставим эти выражения в уравнение перемещений, в результате получим.

Примеры решения задач.

Используя уравнение равновесия, найдем.

Примеры решения задач.

Знак «минус» в выражениях для опорных реакций означает, что реакции направлены в противоположную сторону. Изучим напряжения и перемещения для отдельных участков. Для участка ED

Примеры решения задач.

На этом участке нормальная сила и нормальное напряжение постоянные. Удлинение изменяется, но линейному закону, принимая в начале и конце участка следующие значения:

Примеры решения задач.

Аналогично первому участку рассмотрим и второй участок, только в формуле удлинений учтем удлинение первого участка:

Примеры решения задач.

В отличие от первого второй участок испытывает сжатие.

В формуле удлинений для третьего участка учтем сумму удлинений первого и второго участков, что фактически определено и равно удлинению бруса, соответствующему сечению С:

Примеры решения задач.

Зная величины удлинений всех участков, можно построить эпюру перемещений и (х). Эпюры нормальных сил, нормальных напряжений и перемещений представлены на рис. 2.28.

Подсчитаем работу внешних сил W и внутренних сил U для случая деформирования материала стержня в пределах упругости:

Примеры решения задач.

Из эпюры нормальных напряжений следует, что в любом сечении первого участка возникают максимальные растягивающие напряжения системы. Поэтому опасно любое его сечение, и условием прочности системы является.

Примеры решения задач.

Для малоуглеродистой стали, из которого изготовлен брус, а = 250 МПа, отсюда.

Примеры решения задач.

Для поперечного сечения бруса в форме сплошного круга диаметром d справедливы соотношения.

Примеры решения задач.

Для выполнения условия по жесткости площадь поперечного сечения бруса должна быть удовлетворять следующему соотношению:

Примеры решения задач.

откуда получим значение диаметра поперечного сечения:

Примеры решения задач.

Таким образом, условия прочности для бруса более строги, чем условия по жесткости, и поэтому окончательное значение диаметра поперечного сечения составит d> 2,5 -10 2 м.

Если полученный результат нас нс удовлетворяет и мы пожелаем облегчить конструкцию путем уменьшения диаметра d поперечного сечения бруса, то можно оценить дополнительные резервы прочности, используя представленную на рис. 2.20, а диаграмму. Проведем расчет на прочность по методу предельных нагрузок, взяв запас по предельным нагрузкам равным запасу по допускаемым напряжениям: [nL = [пт] = 2,5.

Установим предельную нагрузку, при которой в конструкции возникают первые пластические деформации. Приравнивая максимальные напряжения пределу текучести, получаем.

Примеры решения задач.

Для данного состояния (рис. 2.29, а) прочностные возможности конструкции еще не исчерпаны.

Поскольку напряжения па третьем участке больше, чем на втором, дальнейшее увеличение нагрузки возможно вплоть до начала пластических деформаций на третьем участке. По достижении нагрузкой предельного значения FL конструкция превращается в механизм и неспособна более воспринимать дополнительное нагружение.

Схема предельного состояния показана на рис. 2.29,6. Величину предельной нагрузки определим, используя уравнение равновесия: Примеры решения задач.

Puc. 2.29.

Puc. 2.29.

Используя условие прочности по предельным нагрузкам, получаем следующее значение площади поперечного сечения:

Примеры решения задач.

Значение диаметра d, соответствующее заданной площади, составит.

Примеры решения задач.

Таким образом, диаметр, рассчитанный по методу предельных нагрузок, оказывается несколько меньше диаметра бруса, рассчитанного по методу допускаемых напряжений.

Пример 2.7. В представленной на рис. 2.30, а конструкции после сборки возникают нормальные напряжения, обусловленные наличием монтажного зазора Д.

К примеру 2.7.

Рис. 2.30. К примеру 2.7

Требуется определить коэффициент запаса конструкции, но допускаемым напряжениям, считая горизонтальный брус ОС, обладающий возможностью поворачиваться вокруг шарнира О, абсолютно жестким. Дано: / = 500 мм; Д = 2 мм; аф = = а". = ат = 370 МПа.

Решение. Представим конструкцию в деформированном состоянии (рис. 2.30, б). Поскольку априори мы не знаем направление усилий, примем их растягивающими. Из условия равенства нулю суммы моментов всех сил, приложенных к системе, относительно точки О, получаем одно уравнение для определения неизвестных усилий: Примеры решения задач.

Обозначим удлинения первого и второго стержней Д/, и Д/2 соответственно. Второе уравнение совместности перемещений получим из рассмотрения подобия треугольников ОВВ' и ОСС:

Примеры решения задач.

Выразим значения удлинений стержней через нормальные силы и подставим в уравнение совместности перемещений:

Примеры решения задач.

Поскольку записываются удлинения, вклад растягивающих усилий берется со знаком «плюс». Рассматривая уравнение равновесия и уравнение совместности перемещений совместно, определяем значения нормальных сил в стержнях:

Примеры решения задач.

Отрицательный знак у означает, что направление этого усилия выбрано неверно. Усилие является сжимающим. Зная значения усилий, подсчитаем напряжения в стержнях:

Примеры решения задач.

Для обозначения принадлежности напряжения к стержню использован верхний индекс, поскольку нижний индекс зарезервирован для обозначения главных напряжений.

Максимальные напряжения возникают в первом стержне:

Примеры решения задач.

Принимая во внимание заданный предел текучести а, = 370 МПа, определим коэффициент запаса по допускаемым напряжениям:

Примеры решения задач.

Пример 2.8. Средний из трех стержней конструкции нагревается на t градусов (рис. 2.31, а).

Длины стержней одинаковы и равны /. Коэффициент линейного температурного расширения материала равен а. Модуль упругости материала равен Е. Определим нормальные напряжения в стержнях, вызванные нагревом, и перемещение точки В.

К примеру 2.8.

Рис. 2.31. К примеру 2.8.

Решение. Воспользуемся методом сечений и рассмотрим поведение окрестности шарнира В до и после нагревания. Нагревание вызовет перемещение шарнира в новое положение. Изобразим схему деформирования, субъективно предполагая, что шарнир перемешается вниз (рис. 2.31, б).

В соответствии с принятой схемой деформирования все стержни получат удлинения. Удлинения среднего и боковых стержней обозначены А/, и Д/2 соответственно.

Для анализа внутренних усилий изобразим силовую схему (рис. 2.31, в). Направления действия нормальных сил также назначим субъективно, поскольку в общем случае мы нс знаем заранее, в каком стержне возникнут напряжения сжатия, а в каком — растяжения. Усилия и перемещения боковых стержней подчиняются условиям симметрии.

Из условия равновесия на направление вертикальной оси получим уравнение равновесия.

Примеры решения задач.

Уравнения равновесия для горизонтального направления и уравнение моментов удовлетворяются тождественно и не дадут нам дополнительной информации. Уравнение совместности перемещений следует из схемы деформирования:

Примеры решения задач.

Свяжем изменения длин стержней с внутренними усилиями. Важно отметить, что использованные нами субъективные схема деформирования и силовая схема должны быть согласованы при записи разрешающей системы уравнений. Поскольку при записи удлинений положительной должна быть растягивающая сила, то при записи удлинения центрального стержня сила А', показанная на силовой схеме как растягивающая, войдет со знаком «плюс». Дополнительное удлинение центральный стержень получит за счет нагревания:

Примеры решения задач.

Подставим этот результат в уравнение перемещений, получим уравнение совместности, записанное через неизвестные усилия:

Примеры решения задач.

Решая полученное уравнение совместно с уравнением равновесия, определим нормальные силы и соответствующие нормальные напряжения:

Примеры решения задач.

Отрицательный знак у означает, что на силовой схеме направление усилия выбрано неверно. Сила и, как следствие, напряжение в среднем стержне являются сжимающими. Определим перемещение шарнира В, которое равно удлинению среднего стержня: Примеры решения задач.

Пример 2.9. Абсолютно жесткий брус АС подвешен на двух стержнях, имеющих поперечное сечение площадью А (рис. 2.32, а). Используя метод расчета по предельным нагрузкам, определим предельную нагрузку и угол поворота бруса в пре;

К примеру 2.9.

Рис. 232. К примеру 2.9

дельном состоянии. Стержни изготовлены из идеального упруго пластичного материала. Дано: 1=1 м; а = 2,5 м; Л = 1,6−10″4 м2; Е = 2,0 • 105 МПа; ат = 250 МПа.

Отметим, что рассмотрение задачи в пределах упругости в этом случае необязательно, что упрощает решение. Отметим только, что первые пластические деформации возникнут в стержне СП, поскольку легко заметить, что удлинение стержня СИ будет больше удлинения стержня ВО.

Рассмотрим предельное состояние конструкции, при котором она теряет несущую способность и не может далее воспринимать рост приложенной силы F (рис. 2.32, б).

Из условия равновесия системы в этом состоянии определим и соответствующую ему предельную нагрузку F: Примеры решения задач.

Предельное состояние конструкции возникает в момент появления первых пластических деформаций в стержне BD, и хотя нормальная сила в стержне достигает значения сттЛ, закон Гука еще применим. Следовательно, удлинение стержня BD можно определить как.

Примеры решения задач.

Угол поворота жесткого бруса при этом составит.

Пример 2.10. С учетом свойств материала определим перемещения характерных сечений конструкции, изображенной на рис. 2.28. Материал считаем идеально упруго-пластичным. Схематизированная диаграмма материала показана на рис. 2.20, а. При этом для решения задачи используем результаты примера 2.6.

Пример 2.10. С учетом свойств материала определим перемещения характерных сечений конструкции, изображенной на рис. 2.28. Материал считаем идеально упруго-пластичным. Схематизированная диаграмма материала показана на рис. 2.20, а. При этом для решения задачи используем результаты примера 2.6.

Решение. Пластические деформации стержня начинаются при достижении нагрузкой значения F = Fr При этом значении нормальные напряжения на первом участке достигают предела текучести. Из этого следует, что.

Примеры решения задач.

атД.

ГЛеА'~ 45 ‘.

Закон Гука выполняется для всех участков стержня до этого значения силы. Соответствующие нормальные силы для отдельных участков будут равны.

Примеры решения задач.

Что касается перемещений, то их можно определить с помощью эпюры, представленной на рис. 2.28:

Примеры решения задач.

В условиях последующего роста силы участок DE испытывает пластическую деформацию, и для этого участка нормальная сила сохраняет постоянное значение: JV, = Re = а, Л. На этом этапе нагружения значения нормальной силы будут равны.

Примеры решения задач.

Последующим ростом внешних сил достигаем появления пластических деформаций на участке ВС, что соответствует переходу конструкции в предельное состояние:

Примеры решения задач.

Исходя из этого получим следующее значение для предельной силы: Примеры решения задач.

Для предельного состояния внутренние усилия составят Примеры решения задач.

По достижении нагрузкой значения FL дальнейшее догружение системы становится невозможно. Нагрузка FL определяет предельное состояние конструкции. При таком значении силы способность тела оказывать сопротивление дальнейшему росту внешней силы уже исчерпана. Что же касается перемещений, то они могут расти и без роста сил. В момент достижения предельного состояния для определения перемещений в сечении D закон Гука еще справедлив, поэтому для определения перемещений возможно использование формулы (2.10):

Примеры решения задач.

В полученных соотношениях при положительном направлении оси Ох перемещение поперечного сечения стержня положительно, если оно совпадает с положительным направлением оси. Соответствующие графики, которые представляют зависимость перемещений сечений С и D от силы F, даны на рис. 2.33.

Графики зависимости перемещений сечений от силы F.

Рис. 233. Графики зависимости перемещений сечений от силы F.

Рассмотрим процесс разгрузки стержня. При описании диаграммы образна (см. рис. 2.12) мы отметили, что разгрузка следует прямой, параллельной начальному участку диаграммы нагрузки. Таким образом, по закону разгрузки зависимость между силой и перемещением сечения В представляется прямой 0,/С, параллельной прямой ОК (см. рис. 2.33). Полные перемещения сечений можно представить в виде суммы упругих и остаточных составляющих:

Примеры решения задач.

Упругие составляющие полных перемещений определяются законом Гука, т. е. с использованием эпюры перемещений на рис. 2.28:

Примеры решения задач.

Вычислим соответствующие перемещения после разгрузки, т. е. при уменьшении внешних сил от предельной нагрузки до нуля:

Примеры решения задач.

Графики характерных перемещений при нагрузке и разгрузке стержня представлены на рис. 2.33.

Аналогично перемещениям нормальные силы допускают представление в виде суммы остаточных и упругих составляющих:

Примеры решения задач.

При разгрузке стержня из предельного состояния остаточные усилия примут значения Примеры решения задач.

Процессы нагрузки и разгрузки стержня к примеру 2.10.

Рис. 2.34. Процессы нагрузки и разгрузки стержня к примеру 2.10.

Таким образом, после снятия нагрузки в стержне остаются сжимающие нормальные усилия. Важно отметить, что остаточные внутренние силы являются самоуравновешенными.

Процессы нагрузки и разгрузки стержня представлены на рис. 2.34. При этом они указаны на эпюрах изменения нормальных сил направлением стрелок.

Эпюра остаточных напряжений повторит эпюру нормальных нагрузок, если ординаты последней разделить на площадь поперечного сечения стержня.

Показать весь текст
Заполнить форму текущей работой