Метод сечений для определения внутренних усилий
Эпюры внутренних усилий при растяжении-сжатии и кручении
Понятие о напряжениях и деформациях
Свойства тензора напряжений. Главные напряжения
Упругость и пластичность. Закон Гука
Механические характеристики конструкционных материалов
Растяжение (сжатие) призматических стержней
Составные балки и перемещения при изгибе
Напряжения и деформации при кручении призматических стержней кругового поперечного сечения
Навигация
Составные балки и перемещения при изгибе
Сопротивление материалов
85824
знака
1
таблица
44
изображения
10. Составные балки и перемещения при изгибе
Ключевые слова: сварные двутавровые балки, уравнение упругой кривой, прогиб, угол поворота, граничные условия.
Понятие о составных балках
Работу составных балок проиллюстрируем на простом примере трехслойной балки прямоугольного поперечного сечения. Если слои между собой не связаны и силы трения между ними отсутствуют, то каждый из них деформируется как отдельная балка, имеющая свой нейтральный слой (рис. 1, а). Нагрузка между этими балками распределяется пропорционально их жесткостям при изгибе (в данном примере поровну). Это означает, что моменты инерции и моменты сопротивления трех независимо друг от друга деформирующихся балок должны быть просуммированы
Если скрепить балки сваркой, болтами или другим способом (рис. 1, б), то с точностью до пренебрежения податливостью наложенных связей сечение балки будет работать как монолитное с моментом инерции и моментом сопротивления, равным
Как видно, при переходе к монолитному сечению жесткость балки возрастает в девять раз, а прочность - в три раза. В инженерной практике наиболее распространены сварные двутавровые балки.
Дифференциальное уравнение прямого изгиба призматического стержня
Определено, что мерой деформации призматического стержня при прямом чистом изгибе является кривизна нейтрального слоя. Можно показать, что с достаточной для инженерных расчетов точностью этим тезисом можно пользоваться и в случае прямого поперечного изгиба стержня. Однако для практических целей кроме кривизны 1/ необходимо определить вертикальные перемещения центров тяжести отдельных поперечных сечений - прогибов балки v, а иногда и углы поворота этих сечений (рис. 2). Вследствие гипотезы плоских сечений угол поворота сечения ( оказывается равным углу наклона касательной к изогнутой оси балки, который в силу малости
Тогда возникает геометрическая задача: составить уравнение для функции прогиба 
, зная закон изменения ее кривизны.
Воспользуемся известным из дифференциальной геометрии выражением для кривизны в прямоугольных декартовых координатах:
Однако, учитывая, что в инженерной практике применяются достаточно жесткие балки, для которых наибольший прогиб f мал по сравнению с длиной (f / l << 1), а первая производная от прогиба имеет порядок
и, следовательно, величиной (dv / dz)2<<1, стоящей в знаменателе, можно пренебречь, выражение для кривизны упрощается
Тогда, подставив это выражение в полученную ранее связку кривизны и изгибающего мометна - 
, условившись что ось Oy направлена вверх и согласовав знаки 1/ и Мх, приходим к дифференциальному уравнению прямого изгиба балки
известному также как дифференциальное уравнение упругой кривой.
Если учесть точное выражение для кривизны по формуле, то точное уравнение упругой кривой
является нелинейным дифференциальным уравнением. Поэтому линейное дифференциальное уравнение, описывающее малые прогибы балки, иногда называют линеаризованным уравнением упругой кривой.
Решение уравнения получаем путем двукратного почленного интегрирования. При первом интегрировании получаем выражение
которое с учетом 
, дает также закон изменения углов поворота поперечных сечений по длине балки. Повторным интегрированием получаем функцию прогиба
Постоянные интегрирования С и D должны быть найдены из граничных условий.
Во всех приведенных выше уравнениях функция изгибающего момента Мх(г) предполагалась известной, что возможно лишь для статически определимых балок. Простейшие варианты статически определимых однопролетных балок и соответствующие граничные условия показаны на рис. 3.
Условия, накладываемые на прогиб и угол поворота сечения, получили название кинематических граничных условий. Как видно, для шарнирно опертой балки требуется, чтобы прогиб на опорах v(0) =v(l) =0, а для консольной балки прогиб и угол поворота сечения в заделке
Дифференциальное уравнение неприменимо для расчета статически неопределимых балок, так как содержит неизвестный изгибающий момент Мx появившийся в результате двукратного интегрирования уравнения четвертого порядка
В этом уравнении нагрузка q известна, поэтому его можно получить, учитывая, что
При интегрировании уравнения необходимо задать четыре граничных условия (по два на каждом конце балки) в том числе так называемые силовые граничные условия - условия, накладываемые на силовые величины (изгибающий момент и поперечную силу), которые выражаются через производные от прогиба. Так как
а с учетом дифференциального соотношения Qy=dMx/dz, получаем
Вернемся к интегрированию уравнения второго порядка. Если имеется несколько участков, для которых правая часть уравнения исходного f(z)=Mx/EJx, содержит разные аналитические выражения, то интегрирование усложняется. На рис. 4 приведена эпюра Мx, содержащая n участков. Для каждого участка независимое интегрирование дает по две константы, а при п участках требуется определить 2n постоянных. Добавляя к двум граничным условиям на опорах 2(n-1) условия непрерывности и гладкости упругой кривой на границе; смежных участков, заключающиеся в равенстве прогибов v и углов поворота сечений dv/dz на этих границах
получим 2n граничных условий, необходимых для нахождения постоянных интегрирования.
Рекомендую для практики решения дифференциальных уравнений второго порядка воспользоваться системой входных тестов Т-6, приведенных в ПРИЛОЖЕНИИ.
Похожие работы
... мощности · Ваттметр · Варметр · Фазометр 2. Основные понятия: сопротивление материалов Сопротивление материалов, наука о прочности и деформируемости элементов (деталей) сооружений и машин. Основные объекты изучения Сопротивление материалов – стержни и пластины, для которых устанавливаются соответствующие методы расчёта на прочность, жёсткость и устойчивость при действии статических и ...
... шрифт Times 16пт; «Курский государственный технический университет» - шрифт №5; в компьютерном варианте шрифт Times 14пт; «Кафедра сопротивления материалов и строительной механики» - шрифт №5; в компьютерном варианте шрифт Times 14пт; названию расчетно-графической работы – шрифт №10; в компьютерном варианте Times 18пт; «расчетно-графическая работа №…» - шрифт №7; в компьютерном варианте Times ...
... сечение 1 мм2 Сопротивление проводника зависит не только от материала, из которого он изготовлен, оно зависит и от его размеров длины и поперечного сечения. где - удельное сопротивление l - длина S – площадь поперечного сечения Схема: Оборудование: приборный щит № 1 амперметр 0 – 1А Вольтметр 0 – 150 В Медный провод Æ ...
... . Электропроводность диэлектриков очень мала, так как переход заметного числа электронов в зону проводимости - случайное явление, обусловленное, например, дефектами структуры. Электрическое сопротивление - свойство материалов как проводников противодействовать электрическому току. Вес вещества, помещенные во внешнее магнитное поле, намагничиваются. Намагничивание связано с наличием магнитных ...
0 комментариев