Расчетно Графические Работы Задачи

16 Задач в теме

41 Решений в теме

0 Подписчиков

О теме Новые Задачи Интересные Задачи Без Решения Интересующиеся

Расчетно Графические Работы

Активность в теме Расчетно Графические Работы

Самые активные инженеры в теме Расчетно Графические Работы

Лучшие решения в теме Расчетно Графические Работы

Построить эпюры продольных сил и нормальных напряжений по длине бруса

Создано: @nick 10 февраля 2019 16:22

поставьте оценку:

2 голосов, средний бал: 3.0000

Двух ступенчатый стальной брус нагружен силами: F1=20 кН; F2=10 кН; F3=5 кН. Площади поперечных сечений бруса: A1=1,8 см2; A2=3,2 см2. a=0,2 м. Принять E=2х100000 МПа, [σ]=160 МПа. Построить эпюры продольных сил, нормальных напряжений. Определить перемещение конца бруса.

Двух ступенчатый стальной брус нагружен силами: F1=20 кН; F2=10 кН; F3=5 кН. Площади поперечных сечений бруса: A1=1,8 см2; A2=3,2 см2. a=0,2 м. Принять E=2х100000 Н/мм2. Построить эпюры нормальных сил и напряжений по длине бруса. Определить перемещение конца бруса.

Брус закреплен в стене - закрепление заделка. Сечения бруса круглой формы

$ A = \frac{πd^{2}}{4} $

Находим диаметры ступеней бруса.

$ d = \sqrt{\frac{4A}{π}} $

$ d_{1}=15,14 мм; d_{2}=20,19 мм $

Делим брус на участки нагружения (части бруса между внешними силами) - участки 1, 2 и 3. Используем метод сечений для определения внутренних силовых факторов, действующих на каждом участке (при этом внутренние силы переходят в разряд внешних):

Участок 1. Проецируем силы действующие на участок на ось х и составляем уравнение равновесия

$ ΣF_{x} = 0; -F_{3}-N_{1}=0; N_{1}=-F_{3}= -5 кН $

Продольная сила N1 Знак минус означает, что действительное направление N1 противоположно первоначально выбранному.. Участок 1 сжат.

Участок 2. Проецируем силы действующие на участок на ось х и составляем уравнение равновесия

$ ΣF_{x} = 0; -F_{3}-F_{2}-N_{2}=0; N_{2}=-F_{3}-F_{2}=-5-10= -15 кН $

Продольная сила N2 отрицательна. Знак минус означает, что действительное направление N2 противоположно первоначально выбранному. Участок 2 сжат.

Участок 3. Проецируем силы действующие на участок на ось х и составляем уравнение равновесия

$ ΣF_{x} = 0; -F_{3}-F_{2}+F_{1}-N_{3}=0; N_{3}=20 - 5 -10= 5 кН $

Продольная сила N3 положительна. Это означает, что действительное направление N3 совпадает с первоначально выбранным. Участок 3 растянут.

Определяем величины нормальных напряжений по сечениям с учетом изменения площади поперечного сечения. Четыре участка по напряжениям:

$ σ_{1} =\frac{N_{1}}{A_{1}}=\frac{5×10^{3}}{1,8×100}=27,8 \frac{Н}{мм^{2}}=27,8 МПа $

$ σ_{2} =\frac{N_{2}}{A_{1}}=\frac{15×10^{3}}{1,8×100}=83,3 МПа $

$ σ_{3} =\frac{N_{2}}{A_{2}}=\frac{15×10^{3}}{3,2×100}=46,9 МПа $

$ σ_{4} =\frac{N_{3}}{A_{2}}=\frac{5×10^{3}}{3,2×100}=15,6 МПа $

Строим эпюры продольных сил и эпюру нормальных напряжений, полагая растягивающие напряжения положительными. Эпюра продольных сил показывает изменение внутреннего силового фактора по длине бруса: участки I, II и III испытывают деформацию сжатия; участок IV испытывает деформацию растяжения. Эпюра нормальных напряжений показывает их изменение по длине бруса. Наиболее опасным участком является участок II. Так как нормальные напряжения на нем максимальны по величине σII=83,3 МПа Проверяем прочность бруса работающего на растяжение - сжатие: по условию прочности $ |σ_{max}=83,3 МПа|≤[σ=160 МПа] $ Прочность обеспечена.

На каждом участке определяем абсолютную деформацию (удлинение или сжатие):

$ ∆ℓ_{1} = \frac{σ_{1}L_{1}}{E}=\frac{-27,8×10^{3}×0,2}{200×10^{3}}=-0,028 мм $

$ ∆ℓ_{2} = \frac{σ_{2}L_{2}}{E}=\frac{-83,3×10^{3}×0,2}{200×10^{3}}=-0,083 мм $

$ ∆ℓ_{3} = \frac{σ_{3}L_{3}}{E}=\frac{-469×10^{3}×0,4}{200×10^{3}}=-0,094 мм $

$ ∆ℓ_{4} = \frac{σ_{4}L_{4}}{E}=\frac{156×10^{3}×0,2}{200×10^{3}}=0,016 мм $

Суммарное удлинение бруса (перемещение свободного конца)

$ ∆ℓ=∆ℓ_{1}+∆ℓ_{2}+∆ℓ_{3}+∆ℓ_{4}=-0,189 мм $

Расчетно графическую работу выполняем по следующему алгоритму: - выбираем рациональное направление осей X и Y. Данная плоская фигура не имеет осей симметрии, поэтому ось X проводим по основанию (нижней границе) фигуры и ось Y - по крайней левой точке (границе); - разбиваем сложную фигуру на простые: 1 - полукруг; 2 - треугольник; 3 - треугольник; - определяем координаты их центров тяжести.

1 - полукруг R32

$ X_{C_{1}} = 24+24+\frac{4}{3}\frac{R}{π}=48+\frac{4}{3}×\frac{32}{3,14}=61,58 мм $

$ Y_{C_{1}} = 32 мм $

2 - треугольник

$ X_{C_{2}} = 24+24-\frac{1}{3}×24=40 мм $

$ Y_{C_{2}} =\frac{1}{3}×\frac{R}{1}=\frac{1}{3}×\frac{32}{2}= 10,67 мм $

3 - треугольник

$ X_{C_{3}} = 48 - \frac{1}{3}×(24+24)= 32 мм $

$ Y_{C_{3}} = \frac{1}{3}×2R=\frac{1}{3}×2×32=21,33 мм $

- Определяем площади простых фигур входящих в сложную;

1 - полукруг R32

$ A_{1}=\frac{1}{2}×πR^{2} = \frac{1}{2}×3,14×32×32=1608,50 мм^{2} $