Сопротивление материалов при нагрузке (125978)

Посмотреть архив целиком

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.




  1. 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 = mn,


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.


  1. 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.

  1. Сравнить полученные результаты.

Определяем погрешность между расчетами:


%.


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



  1. 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:


;

; ;

KВ1=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.


  1. 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.

  1. 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 z3qz3z30.5; 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


  1. 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 [σ] = 130 МПа. Коэффициент закрепления опор  = 0,7

Требуется определить:

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

- 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 σ > [σ], то задаемся новым значением φ 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 φ 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 φ 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 φ 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.



Случайные файлы

Файл
159108.rtf
45725.rtf
166014.rtf
53002.doc
Centrobank.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.