Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
metadichka stroy mekh.doc
Скачиваний:
13
Добавлен:
20.08.2019
Размер:
6.68 Mб
Скачать

3.6. Формула Верещагина

Интеграл (3.17) можно вычислить аналитически, однако если жесткости стержней постоянны, удобнее воспользоваться другим способом, который обычно и применяют на практике.

Рис.3.12

Учитывая, что эпюра`Mi от единичного силового фактора является кусочно-линейной, можно выбрать промежутки a,b, где она будет просто линейной. Тогда выбирая начало локальной системы отсчета так, как показано на рис. 3.12, б, ее уравнение можно записать в виде: `Mi(x) = tgx. При этом интеграл в (3.17) примет вид:

( MpMi /EJ)dx = (tg/EJ) x Mp dx. (3.19)

Обозначая через  площадь эпюры Mp:

 = d = Mp dx ,

и учитывая, что ее статический момент относительно оси Oy равен:

Sy = xd = xc,

представим (3.19) в виде:

(tg/EJ) x Mp dx = (tg/EJ) xd= (tg/EJ) xc = (yc)/EJ,

где yc = tgxc.

Возвращаясь к формуле (3.17), получим:

ip =  (kyck)/(EJk). (3.20)

Таким образом, чтобы перемножить две эпюры, из которых хотя бы одна является линейной, нужно вычислить площадь криволинейной эпюры – и умножить ее на ординату yc в линейной эпюре, вычисленную под центром тяжести криволинейной.

Для реализации формулы (3.20) остается рассмотреть геометрические характеристики стандартных эпюр (рис. 3.13), где две последние соответствуют эпюрам от равномерно распределенной нагрузки. Поскольку любую нестандартную эпюру можно представить комбинацией стандартных, с помощью последних можно перемножить произвольные эпюры.

Рис.3.13

Примечания:

1. При выводе формулы (3.20) криволинейная эпюра Mp с площадью w предполагается однозначной. Если это условие не выполнено, ее представляют комбинацией двух или большего числа стандартных эпюр.

2. Для вычисления интеграла (3.17) можно применять формулы численного интегрирования, в том числе – формулу Симпсона:

=  (b a)/6 f(a) + 4f  (a + b)/2 + f(b),

которая позволяет получить точный результат, если функция f (x) является многочленом до третьей степени включительно.

Таким образом, если на всем промежутке a,b эпюра `Mi линейна, а эпюра Mp является квадратичной параболой, интеграл (3.17) можно вычислить по формуле:

Dip=(lk/6EJk) Mp(ak) `Mi(ak) +4 Mp (ak +bk)/2 `Mi (ak+bk)/2+Mp(bk)  `Mi(bk) . (3.21)

При этом однозначности эпюры Mp на промежутке a,b не требуется, а формулу можно, конечно, применять и для линейной функции Mp(x).

3.7. Примеры определения перемещений

Рассмотрим примеры определения перемещений в СОС от действующей нагрузки. Во всех случаях изгибная жесткость элементов системы – EJ и их продольная жесткость – EF предполагаются известными.

Пример 3.1. Определить максимальные прогибы балки (рис. 3.14, а).

Рис.3.14

Решение. В соответствии с формулой (3.17) строим эпюру Mp от заданной нагрузки (рис. 3.14, б) и эпюру Mi от единичной силы, приложенной в середине балки (рис. 3.14, в).

Вычислим интеграл (3.17) по формуле Верещагина. На всем промежутке 0,l эпюра Mp является однозначной, то есть отвечает предъявляемым к ней требованиям, а эпюраMi на всем промежутке 0,l будет нелинейной. Поэтому область интегрирования делим на два участка: 0, l/2 и l/2, l, на каждом из которых Mi(x) будет линейной. С учетом симметрии получим:

vmax = ip = 2 (w1yc1)/EJ = 2 (2/3)( l/2)(ql2/8)(5/8)(l/4) = 5ql4/384EJ.

Для того чтобы получить тот же результат с помощью интегрирования дифференциального уравнения изогнутой оси балки, нужно затратить примерно втрое больше усилий – хотя бы потому, что придется находить угол поворота балки в ее начальном сечении – 0.

Формально воспользовавшись для всего промежутка 0,l формулой Симпсона (3.21), и учитывая, что значения Mp иMi на его концах равны нулю, получим:

vmax = (l/6EJ)4(ql2/8)(l/4) = ql4/48EJ.

Найденный результат оказался неверным, поскольку на всем промежутке 0,l подынтегральная функция f(x) = Mp(x)  Mi (x) не отвечает требованиям, предъявляемым к ней этой формулой. 

Пример 3.2. Найти линейное и угловое перемещения точки A на конце Г-образной консольной рамы, у которой жесткость стойки вдвое больше жесткости ригеля (рис. 3.15, а).

Рис.3.15

Решение. Строим эпюру Mp от заданной нагрузки и эпюрыMi от единичных сил и моментов, приложенных в точке A (рис. 3.15, б-д).

Определяем вертикальное перемещение точки А, перемножая эпюры Mp иM в:

в = (Mp M в) = (1/EJ) w1y1 + (1/2EJ) w2y2 = (1/EJ)(1/3)l (ql2/2)(3/4)l +

+ (1/2EJ) l(ql2/2)l = (3/8)(ql4/EJ).

Находим горизонтальное перемещение точки А:

г = (Mp M г) = (1/2EJ) l(ql2/2)(l/2) = (1/8)(ql4/EJ).

Полное перемещение точки А составит:

___________ __

А =  (в)2 + (г)2 = (10 ql4)/8EJ.

Угол поворота сечения в точке А будет равен:

А = (Mp M у) = (1/EJ) w1×1 + + (1/2EJ) w2×1 = (1/EJ)(1/3)l (ql2/2)1 +

+ (1/2EJ) l(ql2/2)1 = (5ql3/12EJ ). 

Рассмотренный пример наглядно показывает, почему при определении перемещений в рамах мы пренебрегаем продольными деформациями. Вертикальное перемещение точки А от заданной нагрузки в основном определяется изгибом ригеля, изгибом стойки и только в очень незначительной степени – ее сжатием.

Пример 3.3. Найти угол поворота сечения на правой опоре рамы, рассмотренной в примере 2.5, полагая EJ = const (рис. 2.9, а).

Рис.3.16

Решение. Воспользуемся уже построенной ранее эпюрой Mp от заданной нагрузки (рис. 2.9, б) и (рис. 3.16, а), и умножим ее на эпюру`Mi от единичного момента (рис. 3.16, б). На левой стойке и ригеле эпюра Mp представлена тремя треугольниками с равной площадью wтр = (1/2)l (ql2/4), которые умножаются на три одинаковых треугольника в эпюре `Mi.

Нестандартную эпюру Mp на правой стойке с площадью wпар представим суммой стандартных эпюр: параболы с площадью w1 и треугольника с площадью w2 (рис. 3.16, в).

Поскольку перемножаемые эпюры расположены на разных волокнах, результат получится со знаком минус. Как и при определении опорных реакций, это означает, что действительное направление угла поворота будет противоположно направлению, указанному на рисунке:

В = (Mp Mi) = (1/EJ) (–3) wтр yтр - wпар yпар = – (1/EJ) 3wтр yтр+w1 y1+

+w2 y2 = – (1/EJ) 3 (1/2) l (ql2/4) (2/3)(1/2) + (2/3)  l (ql2/8) [(1/2)(1/2+1) + (1/2) l (ql2/4) [(2/3)(1/2) + (1/3)×1] = – (11ql3) / (48EJ). 

Пример 3.4. Определить вертикальное перемещение указанного узла фермы от заданной нагрузки, полагая EF = const (рис. 3.17, а).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]