МК_Справочник_том_1
.pdfФункцию y(t) представляют в виде суммы y = y1 + y2, ãäå y1 - свободные колеба- |
||||||||||||||||||||||||||||
ния, зависящие от начальных условий, y2 - вынужденные колебания от нагрузки Q. |
||||||||||||||||||||||||||||
Решение уравнения (5.17) для слабо демпфированной системы (n << w): |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t + j0 ) + |
1 |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ü |
|
|||
y = A exp(-nt )sin(w |
ν |
0ò |
Q(x)exp(-n(t - x))sin w |
ν |
(t - x)dxï |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mw ν |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ï |
|
|||||
A |
2 |
|
2 |
+ (ny0 |
+ v0 ) |
2 |
/ w |
2 |
tg j0 |
= w ν y0 |
/ (ny0 + v0 ) ; |
|
|
|
ï |
(5.18) |
||||||||||||
|
= y0 |
|
|
ν ; |
|
|
|
ý |
||||||||||||||||||||
w |
2 |
= w |
2 |
- n |
2 |
; |
w |
2 |
|
= C |
/ m |
; |
C = qí / (K1yq ) . |
|
|
|
|
|
ï |
|
||||||||
ν |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ï |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ï |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
þ |
|
Для сложных нагрузок Q(t) решение обычно получают численным методом с |
||||||||||||||||||||||||||||
учетом возможного перехода на режим свободных колебаний после окончания |
||||||||||||||||||||||||||||
действия нагрузки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Вводя безразмерные переменные D ºy/yq , S ºwt, получим безразмерную форму |
||||||||||||||||||||||||||||
уравнения движения |
((*). = d(*) / dS ) |
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
D .. + 2bD . |
+ D = P(S) , |
|
P = q / qí |
|
|
|
|
(5.19) |
|||||||||||||
с начальными условиями: при S = 0 |
D = y |
0 |
/ y |
q |
, D . = v |
0 |
/ (wy |
q |
) . |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Здесь b=n/w=d/p - относительное демпфирование; d - логарифмический декре- |
||||||||||||||||||||||||||||
мент колебаний. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Функция D(S) называется функцией динамичности, а ее максимум - коэффи- |
||||||||||||||||||||||||||||
циентом динамичности Kä º Dmax = ymax /yq. C помощью коэффициента Kä динами- |
||||||||||||||||||||||||||||
ческий расчет конструкций сводится к статическому на действие эквивалентной |
||||||||||||||||||||||||||||
статической нагрузки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
qýêâ = Käqí . |
|
|
|
|
|
|
|
(5.20) |
||||||
Зависимость Kä от безразмерных параметров задачи называется ударным спек- |
||||||||||||||||||||||||||||
тром смещения. Для упругих систем с одной степенью свободы спектры внутрен- |
||||||||||||||||||||||||||||
них усилий (реакций), деформаций и смещений совпадают. Спектры Kä получают |
||||||||||||||||||||||||||||
решением (5.19) при варьировании безразмерных параметров, число которых зави- |
||||||||||||||||||||||||||||
сит только от типа нагрузки. На рис.5.9–5.11 приведены спектры для трех основ- |
||||||||||||||||||||||||||||
ных типов импульсных нагрузок. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
KÄ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KÄ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ô = 8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|
|
|
|
tê |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
2 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ωtê |
|
|
|
|
2 0 |
|
|
|
|
1 |
|
|
||
0,1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
100 |
|
|
4 |
8 |
12 |
16 |
20 ωt |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
í |
Рис.5.9. Ударный спектр для упругой системы и |
|
Рис.5.10. Ударный спектр для |
||||||||||||||||||||||||||
треугольного импульса с вертикальным фронтом |
|
упругой системы и нагрузки с |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
ïî ðèñ.5.3,à |
|
|
|
|
|
|
|
|
фазой дифракции по рис.5.3,â |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ïðè tê → ∞ (Φ= Q(0)/qí) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
271 |
à) |
S1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Íà |
ðèñ.5.13 |
приведены |
графики |
|||||||||||||
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
зависимостей |
|
S1 |
îò |
|
безразмерных |
|||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
a = 25 |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
параметров |
h è Sê |
= wtê для нагрузки |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ïî ðèñ.5.3,à и мгновенного импульса. |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Sê |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
Значения D1 для нагрузки (рис.5.3,à) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
S1=Sm |
5 |
|
|
|
можно вычислить по формуле |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Sê ³ 100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Sê=1 |
|
|
|
|
D |
= 1 - |
S |
|
- cos S |
|
|
+ |
|
1 |
sin S |
|
||||||||
|
1,25 |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
1 |
ê |
|
|
ê |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
Sê |
|
|
|
|
Sê |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0 < S £ Sê), |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
-15 |
|
-10 |
|
-5 |
0 |
lg h |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
à |
|
äëÿ |
|
мгновенного |
|
|
импульса |
||||||||||||||||
á) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D1 = sinS1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
S1 |
|
1 P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
a = 17 |
|
|
Для нагрузок по рис.5.3,á,â |
|
çàâè- |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
симости D1 (h, Sí, F) приведены на |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
ðèñ.5.14 (Sí = wtí). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
2,5 |
|
|
|
ê |
|
|
|
|
|
При сравнительно низкой интен- |
||||||||||||||||
|
|
|
|
S1=Sm |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
5 |
|
Sê ³ 50 |
сивности нагрузки конструкция мо- |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
Sê=1 |
2 |
|
æåò |
сохранить упругость вплоть до |
|||||||||||||||||||
|
1,25 |
|
|
|
10 |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
максимальных |
|
значений |
прогибов |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D =D |
m |
(D =D(S ), |
D |
. (S |
m |
) = 0) . |
Ïðè |
||||||||||
|
|
-15 |
|
-10 |
|
-5 |
0 |
lg h |
5 |
|
|
|
m |
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
некоторой |
интенсивности |
нагрузки |
|||||||||||||||||||||
â) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
S1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
возможно совпадение времен Sm = S1, |
||||||||||||||||||
|
|
|
1 P |
|
|
|
a = 9 |
|
т.е. исчерпание упругости в опасной |
||||||||||||||||||
|
|
|
S |
|
|
|
точке |
произойдет |
ïðè |
|
максимуме |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прогиба. Такое поведение конструк- |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Sê |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
2,5 |
|
|
|
S1=Sm |
|
|
|
öèè |
является |
|
желательным, если в |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Sê ³ 50 |
ней пластические деформации недо- |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Sê=1 |
2 |
|
10 |
|
пустимы (в связи c появлением при |
|||||||||||||||||
|
1,25 |
|
|
5 |
|
|
S = S1 |
çîí |
перегрузки, |
|
â |
которых |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
½s½ > sò , незначительное накопление |
|||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
пластической |
|
деформации |
произой- |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дет в процессе разгрузки с динамиче- |
||||||||||||||||||
|
|
-15 |
|
-10 |
|
-5 |
0 |
lg h |
5 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
ского предела текучести). |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
ã) |
S1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Условию |
|
оптимальности |
S1 = Sm |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для каждого типа нагрузки соответст- |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
p / 2 |
|
|
|
|
|
вует зависимость h(a). Для ступенча- |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
òîé |
|
нагрузки |
P(t) = const |
(S1 = p, |
|||||||||||||||
|
1,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D1 = Dm = 2, G - гамма-функция) |
|
|
|||||||||||||||
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h = |
p2α G |
æ |
|
1ö |
|
/ G(a + 1) |
, |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ça + |
÷ |
|
||||||||||||||
|
|
α = 25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
2ø |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0,4 |
21 |
|
|
|
|
|
|
|
è s(S1)/sò можно получить из (5.25), |
|||||||||||||||||
|
17 |
|
|
|
|
|
|
|
подставив значения h, h0 è D1=2. |
||||||||||||||||||
|
|
15 |
|
|
|
D1 |
= sin S1 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
13 |
|
|
|
|
|
Оптимальное соотношение между |
|||||||||||||||||||
|
0 |
9 |
|
|
|
|
|
|
h |
è |
a |
äëÿ |
мгновенного |
импульса |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
-10 |
|
-8 |
-6 |
-4 |
-2 lg h |
0 |
||||||||||||||||||||
|
|
(S1 |
= p/2, D1 |
= Dm = 1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Рис.5.13. Зависимости S1(h, Sê) для балок под |
|
|
|
1 |
|
æ |
1 |
|
1ö |
|
|
æ 1 |
|
|
ö |
||||||||||||
действием |
треугольной |
нагрузки |
(à Š â) |
è |
|
h = |
|
a + |
|
|
a + |
|
|||||||||||||||
|
|
|
мгновенного импульса (ã) |
|
|
|
2 |
pGç |
2 |
÷ |
|
/ Gç |
1÷ . |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
2ø |
|
|
è 2 |
|
|
ø |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
276 |