Определение поперечных размеров

Определение допускаемых напряжений для материала

Определение продольной силы

Пример решения задачи 1.1

На составной ступенчатый брус, схема которого представлена на рисунке 2.4, действует система сил.

Ступени бруса изготовлены из различных материалов: Ма1 – бронза, Ма2 – сталь, Ма3 – чугун.

Рисунок 2.4 - Схема ступенчатого бруса

Требуется:

¾ построить эпюры продольных сил,

¾ подобрать поперечные сечения всех участков бруса,

¾ определить нормальные напряжения и осевые перемещения.

Решение:

Разобьём брус на участки. Границы участков определяются сечениями, где изменяются (и, или) поперечные размеры, материал, приложенные внешние нагрузки (Рисунок 2.4).

Для определения продольных сил воспользуемся методом сечений (РОЗУ). Мысленно рассечём брус в пределах участка 1 и отбросим левую часть бруса. Для уравновешивания силы F₁ необходимо, чтобы равнодействующая внутренних сил (продольная сила N_I) равнялась этой внешней силе (Рисунок 2.5):

.

Аналогично, рассечём брус в пределах участка II и отбросим левую часть бруса. Чтобы уравновесить внешние силы F₁ и F₂, равнодействующая внутренних сил (продольная сила N_II) должна равняться алгебраической сумме внешних сил F₁,F₂:

.

Аналогично, для остальных участков получим:

на участке III

на участке IV;

на участке V;

на участке VI

.

Продольные силы на IV,V и VI участках можно также определить, мысленно отбросив правую часть бруса и рассматривая равновесие его левой части. Для этого необходимо определить реакцию в заделке.

Согласно знакам продольных сил: брус на участках I,IV,V,VI будет растягиваться, а на участках II, III - сжиматься.

В соответствии с полученными результатами строим эпюру продольных сил (эпюра N, Рисунок 2.5).

Для решения проектной задачи по методу допускаемых напряжений необходимо их определить.

Механические характеристики материала определяются по таблице приложения С1, а коэффициенты запаса прочности материала по рекомендациям приложения С2.

Для материала Ма1 – бронза имеем:

модуль Юнга - Е₁= 10⁵МПа; предел текучести σ_Т= 150 МПа; коэффициент запаса прочности n_σ= 1,5.

Для материала Ма2 – сталь имеем:

модуль Юнга – Е₂= 2·10⁵МПа; предел текучести σ_Т= 240 МПа; коэффициент запаса прочности n_σ= 1,5.

Для материала Ма3 – чугун имеем:

модуль Юнга – Е₃= 1,2·10⁵МПа; предела текучести нет (т.к. материал – хрупкий), выбираем временное сопротивление при растяжении σ_В= 180МПа (т.к. участок имеет положительное значение продольной силы – растягивается); коэффициент запаса прочности n_σ= 3.

В результате, определяем [ s ]₁=100МПа, [ s ]₂=160МПа, [ s ]₃=60МПа.

Требуемая площадь поперечного сечения i-ой ступени определяется по формуле

Учитывая заданные конструктивные ограничения по соотношению площадей ступеней, базовая площадь бруса А определяется в виде

Требуемая по условию прочности базовая площадь поперечного сечения бруса в пределах I и II участков (первой ступени с материалом Ма1) рассчитывается исходя из наибольшей по абсолютной величине продольной силы N_i=N_II

мм².

Аналогично, исходя из наибольшей по абсолютной величине продольной силы N_i=N_IV=60кН в пределах III и IV участков второй ступени с материалом Ма2, имеем

мм².

Исходя из наибольшей по абсолютной величине продольной силы N_i=N_VI=100кН в пределах V и VI участков третьей ступени с материалом Ма3, для последней ступени бруса имеем

мм².

Чтобы обеспечить прочность бруса при одновременном выполнении конструктивных ограничений по соотношению площадей ступеней, базовая площадь бруса А должна удовлетворять условию

мм².

Для дальнейших расчетов принимаем за базовую площадь бруса А =835мм².

Дата добавления: 2014-10-15