- •1.5. Содержание заданий срс модуля 1
- •Типовое задание ргр № 1. Анализ внутренних силовых факторов
- •1.1. Анализ распределения нормальных сил
- •1.2. Анализ распределения крутящих моментов
- •1.3. Анализ внутренних силовых факторов при изгибе
- •1.4. Дифференциальные зависимости между изгибающим моментом, поперечной силой и интенсивностью поперечной распределенной нагрузки
1.5. Содержание заданий срс модуля 1
по курсу «Механика радиотехнических систем
(Прикладная механика)»
Модуль 1
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ
Тема 1. Статика. Законы равновесия механических систем
Пример 1.Определить равнодействующую двух силP1 = 10HиP2 = 25H, приложенных в одной точке под углом друг к другуα = 60˚.Найти также углыи, образуемые равнодействующей с соответствующими силами (рис.1).
Решение. По теореме косинусов находим равнодействующую силу:
R2 = P + P– 2P1P2cos(180˚ –α);
R= Н.
По теореме синусов запишем
.
Отсюда
sin= sin α = = 0,694;
sin = sin α = = 0,277;
44˚; 16˚.
Пример 2.Найти величину равнодействующей системы пяти сходящихся сил:P1 = 3H,P2 = 5H,P3 = 6H,P4 = 7H,P5 = 2H(рис. 2), еслиα = 45˚.
Решение. Определяем проекцию равнодействующей на осиxиy:
Px = –P5 + P2cos α + P3 = –2 ++ 6 = 7,54 Н;
Py = P1 – P4 + P2sin α = 3 – 7 + 3,54 = –0,46 Н.
Затем находим величину равнодействующей силы:
R=7,54 Н.
Пример 3.К шарнируBкронштейнаABC (рис. 3) приложены силыP1 = 20HиP2 = 15H.Определить усилия в стержняхABиBC, пренебрегая весом стержней, еслиα = 30˚.
Решение. Рассмотрим равновесие шарнираВ. Действие связей-стержней на шарнирВзаменяем реактивными силамиRAиRC.
Составляем уравнения равновесия в системе координат xBy:
; – RA – P2cos α – RC cos α = 0;
; P2sin α – RC sin α – P1 = 0.
Из второго уравнения находим RC= –25 Н, из первого уравненияRA= 8,7 Н. Таким образом, стерженьАВсжат, стержень ВСрастянут.
Пример 4.К балке, лежащей на стойках 1 и 2 (рис.4), подвешен грузG=100H. Расстояние между стойкамиl = 1 м. На каком расстоянииaот стойки 1 нужно подвесить груз, чтобы нагрузка на нее не превышала 20 Н?
Решение. Силы давления на стойки 1 и 2 обозначимR1иR2соответственно. Сила давленияR1 по условию равна 20 Н. РавнодействующаяGраскладывается на две параллельные составляющие:G=R1+R2.
Откуда R2=G–R1= 80 Н.
Составляем пропорцию
,
откуда находим
a == = 0,8 м.
Пример 5.Балка шарнирно закреплена в опореАи положена на катокВ(рис. 5). Определить реакции в опорах, еслиР= 2 Н.
Решение. Выбираем систему координатxAy. Освобождаем балку от связей. Реакция неподвижного шарнираА будет направлено по осиу, поскольку в горизонтальном направлении по осихактивные силы не действуют. Реакция подвижной опоры (катка)RBперпендикулярна к опорной поверхности катка.
Сила Рявляется сосредоточенной, а нагрузка интенсивностиqраспределена равномерно на участке балки длиннойа. Интенсивность нагрузки имеет размерность силы, деленной на длину, например Н/м. Интенсивность находят из соотношенияq = dQ/dx. Равнодействующую нагрузки получаем интегрированием этого выражения по длине участка:Q =
Точка приложения равнодействующей равномерно распределенной нагрузки находится в середине участка, на котором она действует. Графически распределенную нагрузку изображают над или под брусом (рис. 5).
Составим уравнение равновесия балки:
, M – Pa + RB 2a – (qa) 2,5a = 0,
откуда
PA – PA + RB 2a – a a = 0, RB =5Р = 10 Н.
Из уравнения равновесия ;
получим
RA + RB –Р –qa = 0;
RA + 5Р –Р –4Р = 0;
RA = 0.
Пример 6. К вертикальному брусу, заделанному нижним концом в основание, приложены силыР1,Р2;Р3– вес бруса (рис. 6). Определить реакции в заделке, еслиР1= 2 кН,Р2= 2 кН,Р3= 4 кН,α = 45˚.
Решение. Выбираем систему координатxAy. Освобождаем брус от связи – жесткой заделки, заменяя ее неизвестной реактивной силойRAс составляющими по координатным осямХА, YАи парой с неизвестным моментомmА. Составляем уравнение равновесия бруса в виде
;ХА + P1 – Р2sinα= 0;ХА 0,41 кН;
;YА – P3 – Р2cosα= 0;YА 5,41 кН;
; – P14 + Р2sin α3 + mA = 0; mA = –3,76 кН.
Знак «минус» в решении третьего уравнения показывает, что истинное направление реактивного момента mAбудет противоположно показанному на рис. 6.
Пример 7.Квадратная прямоугольная плита размер l= 4 м (= 45˚), весомР= 20 кН удерживается в горизонтальном положении тросомКС, цилиндрическим подпятником Ви шарниромА(рис. 7). Определить реакции связей, если угол между тросом и плоскостью плитыα = 45˚.
Решение.Освободим плиту от связей. Реактивную силу в шарниреАзаменим тремя составляющимиRAX,RAY,RAZ реакцию подшипникаRBзаменим двумя составляющимиRBX,RBZ. Реакция тросаRKнаправлена по тросу, ее проекция на осьz
RКZ = RK sin α = RK ,
а проекции на оси x, yравны:
RКX = RКY = RK sin α cos = RK /2.
Составляем уравнение равновесия плиты:
; RAХ + RBХ – RКX = 0;
; RA Y – RКY = 0;
; RAZ – P + RKZ + RBZ = 0;
; – + RBZ + RKZ = 0;
; –RKZ= 0;
;RBX= 0.
Из уравнений находим
RAХ = RAY = P ; RAZ = ;
RBХ = RBZ = 0;
RKХ = RKY = P ; RKZ = .
Пример 8. Горизонтальный вал (рис. 8) длинной 2l= 100 мм установлен в подшипникеАи подпятникеВ. На валу закреплено колесо, на которое действуют силы: окружнаяFt= 100 Н, радиальнаяFR= 37 Н, осеваяFa= 18 Н. Диаметр колесаd= 200 мм. Определить в положении равновесия моментmи реакции опорАиВ.
Решение.Освободим вал от связей. ПодшипникАвоспринимает только радиальную силу, которую представим двумя составляющимиRAХ , RAY . ПодпятникВ воспринимает радиальную и осевую силы:RBХ , RBY , RBZ.
Составляем уравнение равновесия вала:
; FR – RАX – RВX = 0;
; RA Y + RBY– Ft = 0;
; RBZ – Fa = 0;
; RAY 2 – Ft = 0;
; RAX 2 – Fa – FR = 0;
;m –Ft = 0.
Из уравнений находим
m= 10 Нм; RAХ = 0,5H; RAY = 50H;
RBХ = 36,5 H; RBY = 50 H; RBZ = 18 H.
Пример 9.Определить координаты центра тяжести пластины, показанной на (рис. 9).
Решение.Разбиваем пластину на три фигуры: прямоугольник один без учета отверстия, треугольник 2 и круг 3, площадь которого как отверстия считаем отрицательной. Вычисляем площади фигур:
F1= 300600 = 18104мм2 ;
F2= = 4,5104мм2 ;
F3= = 3,14104мм2 .
Определяем координаты центров тяжести фигур в выбранной системе координат. Центр тяжести треугольника находится в точке пересечения его медиан на расстоянии одной трети длины каждой медианы от соответствующей стороны треугольника: у1= 300 мм,х1= 150 мм,у2= 100 мм,х2= 400мм,у3= 150 мм,х3 = 150 мм.
Определяем координаты центра тяжести пластины:
yc = мм;
хc = мм.