Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

sopromat_zaochn

.pdf
Скачиваний:
50
Добавлен:
14.02.2015
Размер:
1.04 Mб
Скачать

Министерство образования Российской Федерации

Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова

Барабаш Ю.Г.

Сопротивление материалов

Методические указания и контрольные задания

для студентов-заочников всех механических специальностей

г. Барнаул, 2003 г.

УДК 621.315.66.001.24

Сопротивление материалов: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников механических, машиностроительных, автотранспортных специальностей. Ю. Г. Барабаш. – Изд-во АлтГТУ – Барнаул. - 2003. – 62 с.

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры прикладной механики

Протокол № 6 от 17 марта 2003 г.

2

Вступление

Цель настоящих методических указаний – выдать студентамзаочникам задание для выполнения контрольных работ и дать методику расчета типовых задач по курсу сопротивления материалов.

Порядок выполнения контрольных работ

Количество контрольных работ определено учебными планами кафедры прикладной механики.

Студенты выполняют те задачи, которые указаны в нижеприведенной таблице, исходя из общего количества контрольных работ. Преподаватель вправе заменить некоторые задачи и поменять очередность их выполнения.

Выполняемые в контрольных работах задачи

Кон-

Количество контрольных работ по учебным планам

трольные

Одна

Две

Три

Четыре

Пять

работы

 

 

 

 

 

Первая

1.1, 2.1, 4.1,

1.1, 1.3,

1.1, 1.3,

1.1, 1.2,

1.1, 1.2,

5.3, 7.1

2.1, 3.1,

2.1, 2.2,

1.3, 2.1

1.3, 2.1

 

Вторая

 

4.1, 4.3,

3.1, 4.1,

2.2, 3.1,

2.2, 3.1,

 

5.3, 6.1

4.3, 6.1

4.1

4.1

 

 

Третья

 

 

5.1, 5.3,

4.2, 4.3,

4.2, 4.3,

 

 

7.1

5.1, 5.2

5.1

 

 

 

Четвер-

 

 

 

5.3, 6.1,

5.2,5.3,

тая

 

 

 

7.1

6.1

Пятая

 

 

 

 

7.1, 8.1,

 

 

 

 

8.2

 

 

 

 

 

Варианты задач определяются по трем последним цифрам личного шифра студента, причем варианту I соответствует первая их трех последних цифр шифра, варианту II – вторая цифра, а варианту III

– последняя цифра шифра. Так, если шифр студента 954439752, то вариант I = 7, вариант II = 5 и вариант III = 2.

В большинстве задач расчетная схема строится в зависимости от исходных данных и может значительно отличаться от схемы задачи, рассмотренной в примере. Для построения заданной расчетной схемы

3

Вам следует руководствоваться рекомендациями к задаче. Так, например, если в таблице исходных данных сила F или распределенная нагрузка q положительны, то на расчетной схеме их следует направлять вверх, а если отрицательны – то вниз. Положительные моменты М следует направлять против часовой стрелки, а отрицательные – по часовой стрелке (см. со стороны оси z). Однако в расчетах их значения следует принимать по абсолютной величине, а знаки “+” или “-” будут уже определяться соответствующими правилами знаков.

Для выполнения контрольных работ недостаточно рассмотрения примеров решения, представленных в настоящих указаниях, предварительно следует изучить теоретический материал по соответствующим темам, изложенный в пособии [7] и другой рекомендуемой литературе.

Оформление контрольных работ

Контрольные работы следует оформлять в школьных 18-ти листовых тетрадях в клетку.

На обложке следует указать:

Контрольная работа №

по сопротивлению материалов

Выполнил: студент ______________

Группа ____________ Фак-т ______

Шифр студента __________________

Адрес: _________________________

________________________________

Дата _______ Подпись____________

Принял: преподаватель __________

Дата _______ Подпись ___________

Не следует рассматривать примеры решения задач, изложенные в настоящих указаниях, как образцы оформления работы, так как автор зачастую исключал промежуточные расчеты, изложенные в предыдущих задачах. При оформлении контрольных работ Вам нужно привести все расчеты, произведенные Вами при решении задач.

4

Тема 1. Растяжение-сжатие

Задача 1.1. Расчет стержня

Условие задачи: Стержень, жестко закрепленный одним концом, состоящий из 3-х участков длиной l1...l3 и площадью A1...A3 , находится под действием собственного веса и силы F , приложенной на координатеlF . Материал стержня – ст. 3.

Требуется:

Построить эпюры продольных сил N , нормальных

напряжений и перемещений .

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные к задачам 1.1. и 1.2.

Таблица 1.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Данные

l1,

l2 ,

l3 ,

 

A ,

A ,

A ,

F,

 

lF

Опора

 

1

2

3

кН

 

 

 

м

м

м

 

см2

см2

см2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1,1

1,3

0,6

 

40

30

30

70

 

l1

Внизу

1

1,3

0,7

0,9

 

20

10

25

60

 

l1 l2

Вверху

2

0,6

1,1

0,8

 

25

30

30

75

 

l1

Внизу

3

0,7

1,0

1,4

 

40

20

25

40

 

l1 l2

Вверху

4

1,0

0,6

1,3

 

10

15

35

35

 

l1

Внизу

5

0,8

1,2

1,1

 

30

20

15

50

 

l1

Вверху

6

1,4

0,9

1,2

 

25

30

20

45

 

l1 l2

Вверху

7

0,8

1,2

0,7

 

20

25

30

70

 

l1 l2

Внизу

8

1,2

0,8

1,0

 

10

30

40

50

 

l1

Вверху

9

1,1

0,9

1,3

 

35

20

15

65

 

l1 l2

Внизу

Пример

0,9

0,6

1,2

 

30

15

20

80

 

l1

Вверху

Вариант

I

II

III

 

I

II

III

I

 

II

III

задачи 1.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант

II

III

 

 

III

I

 

II

 

 

II

задачи 1.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Указания:

Собственный вес стержня можно представить в виде

распределенной нагрузки qi

Ai

. Ось z , направление силы F и

нумерацию участков вести от опоры.

5

Решение: Вычертим схему стержня в соответствии с исходными данными из табл. 1.1 и указаниями к задаче (см. рис. 1.1). Расчет начнем со свободного конца стержня, т.е. с III-го участка. На силовом участке рассекаем стержень и, отбрасывая часть стержня, содержащую опору, составляем уравнения N, и l.

Участок III: 0 z3 l3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

l3

N

 

 

 

 

N3 q3 z3 ,

3

3

,

l3 0

3

dz

,

 

 

A

E A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

где q3 A3 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

 

z3 0

N3 0 ,

 

 

3 0;

 

 

 

 

 

 

 

при

 

z3

l3

 

 

N3 q3

 

l3

A3

l3

 

 

 

 

 

=20 10 4 78 103

1,2 187,3 Н 0,187 кН ,

 

 

N3

 

A3

l3

l

78 103 1,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

A

 

 

 

A

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

Па 0,094 МПа ;

 

 

 

 

 

 

 

=93,6 103

 

 

 

 

 

 

 

 

l3

 

N3

 

 

 

 

l3 A3 z3

 

 

l32

 

l3 0

 

 

 

dz 0

 

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

 

E A

 

 

E A

 

 

 

2 E

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 78 103 1,44 2,8 10 7 м 0,0003 мм . 2 2 1011

Аналогично производим расчет на участках II и I. Далее определяем перемещения сечений стержня:

0 0 0 , 1 1 l1 , 2 2 l1 l2 ,. 3 3 l1 l2 l3

Результаты расчетов сведены в таблицу, а эпюры представлены на рис. 1.1.

6

Участок

Границы

Продольная

Нормальное

Перемеще-

 

участка

сила N, кН

напряжение

ние , мм

 

 

 

, МПа

 

III

начало

0

0

0,1212

 

конец

0,187

0,094

0,1209

II

начало

0,187

0,125

0,1209

 

конец

0,257

0,172

0,1205

I

начало

80,257

26,752

0,1205

 

конец

80,468

26,823

0

Рис. 1.1.

7

Задача 1.2. Расчет статически-неопределимого стержня

Условие задачи: Стержень, жестко закрепленный одним концом (A), состоящий из 2-х участков длиной l1...l2 и площадью A1...A2 , на-

ходится под действием приложенной на границе участков силы F и

разности температур to . На расстоянии от свободного конца стержня расположена вторая опора (B). Материал участков стержня различен.

Требуется: Построить эпюры продольных сил N , нормальных напряжений и перемещений .

Указания: Предварительно определите, будут ли деформации стержня от действия силы F и разности температур to превышать значение зазора , т.е. будет ли стержень статически неопределим. Собственным весом стержня пренебречь. Ось z , направление силы F и нумерацию участков вести от опоры.

Дополнительные данные к задаче 1.2.

Таблица 1.2

Данные

Материал

,

to ,

 

 

 

мм

град

 

I-го участка

II-го участ-

 

 

ка

 

 

0

Сталь

Латунь

0,35

34

1

Бронза

Сталь

0,41

36

2

Латунь

Сталь

0,29

39

3

Бронза

Сталь

0,47

32

4

Сталь

Бронза

0,33

38

5

Латунь

Сталь

0,45

30

6

Сталь

Латунь

0,39

37

7

Латунь

Сталь

0,25

33

8

Бронза

Сталь

0,27

34

9

Латунь

Сталь

0,31

40

Пример

Сталь

Латунь

0,25

45

Вариант

I

I

III

II

Решение: Вычертим схему стержня в соответствии с исходными данными из табл. 1.1 и 1.2 и указаниями к задаче (см. рис. 1.2).

Определим деформацию стержня от действия силы F

8

lF

 

Ni li

 

 

F l1

 

80

103 0,9

 

 

0,12 10

3

м 0,12

мм

Ei Ai

 

EСТ A1

2 10

11

30 10

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и разности температур to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lT

i

li ti

СТ l1

t ЛАТ l2

t

 

 

 

 

=1,25 10 5

0,9 45 1,89 10 5

0,6 45 101,655 10 5 м 1,02 мм

Т.о. деформация стержня от действия силы и разности температур составляет 1,14 мм, что превышает значение зазора 0,25мм , сле-

довательно, стержень упирается во вторую опору и в результате возникает реакция RB .

Т.к. стержень становится статически неопределимым, уравнений статики недостаточно для нахождения его опорных реакций. Составим дополнительное уравнение, а именно уравнение деформации стержня.

lF lT lR ,

где

l

 

 

R

B

l

 

R

B

l

2

R

 

0,9

0,6

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EСТ A1

EЛАТ A2

2 1011 30 10 4

 

 

 

R

 

 

B

 

1 1011 15 10

4

 

 

= RB 5,5 10 9 м

Решая дополнительное уравнение, получим RB 161,2кН.

Теперь система статически определена, начнем расчет N, и l аналогично предыдущей задаче.

Участок II:

N2 RB 161,2кН ,

2

 

N2

 

 

 

161,2 103

 

10,75 107 Па 107,5 МПа ,

 

A2

 

15 10 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l2

 

N

2

l2

ЛАТ

l

2 t

0

 

161,2 103 0,6

1,89 10

5

0,6 45

EЛАТ A2

 

1 1011 15 10 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,13 10 3 м 0,13 мм

Аналогично производим расчет на I участке.

9

Далее определяем перемещения сечений стержня:

0 0 0 , 1 1 l1 , 2 2 l1 l2 .

Рис. 1.2

Результаты расчетов сведены в таблицу, а эпюры представлены на рис. 1.2. Обратите внимание, что 2 2 .

Участок

Продольная

Нормальное на-

Перемещение

 

сила N, кН

пряжение , МПа

, мм

I

-81,2

-27,1

0,38

II

-161,2

-107,5

0,25

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]