Пример выполнения курсового задания С 4

Однородная прямоугольная рама весом 200 Н прикреплена к стене при помощи шарового шарнира А и цилиндрического шарнира в точке В и удерживается в горизонтальном положении верёвкой СЕ, привязанной в точке С рамы и гвоздю Е, вбитому в стену на одной вертикали с точкой А (рис. 1.72). Угол α = 30^о.

Определить натяжение верёвки и опорные реакции в точках А и В, если b = с = 1 м.

Решение. Как и ранее, определение реакций внешних связей для рассматриваемой конструкции проводится согласно плану решения задач статики.

1. Выбирается система отсчёта AXYZ, начало которой помещается в шаровый шарнир А.

2. Выделяется тело, равновесие которого рассматривается. В нашем случае таким телом является однородная прямоугольная рама, изображённая на рис. 1.72.

3. К раме в центре её тяжести прикладывается активная сила G – сила тяжести.

4. Согласно аксиоме связей отбрасывают внешние связи (в точке А шаровый шарнир, в точке В цилиндрический шарнир, в точке С нить) и показывают реакции связей – X_A, Y_A, Z_A, X_B, Y_B, R_C. Для удобства решения реакцию R_C нити разложим на составляющие, параллельные координатным осям AX, AY, AZ: R_C·sin(α) II AZ; R_C·cos(α)·sin(β) II AX; R_C·cos(α)·cos(β) II AY. Здесь величина угла β находится из размеров прямоугольной рамы по формуле β = arctg(c/b) = arctg(1/1) = arctg(1) = 45^o.

5. Таким образом, на раму действует пространственная произвольная система сил (G, X_A, Y_A, Z_A, X_B, Y_B, R_C). Поэтому для решения задачи записываются шесть уравнений равновесия.

Σ + Σ = 0 = – R_C·cos(α)·sin(β) + X_A + X_B = 0; (1)

Σ + Σ = 0 = Y_A – R_C·cos(α)·cos(β) = 0; (2)

Σ + Σ = 0 = – G + Z_A + R_C·sin(α) = 0; (3)

Σ M_AX(F_i^E) + Σ M_AX(R_i^E) = 0

= – G·(b/2) + R_C·sin(α)·b + Z_B·b = 0; (4)

Σ M_AY(F_i^E) + Σ M_AY(R_i^E) = 0 =

= G·(c/2) – R_C·sin(α)·c = 0; (5)

Σ M_AZ(F_i^E) + Σ M_AZ(R_i^E) = 0 = – X_B·b = 0. (6)

Полученная система уравнений решается в наиболее удобной последовательности и определяются проекции реакций внешних связей на координатные оси системы отсчёта AXYZ.

Из уравнения (6) имеем X_B = 0.

Из уравнения (5) определяется модуль реакции R_C:

R_C = G/(2·sin(α)) = 200/(2·0,5) = 200 Н.

Из уравнения (4) находится Z_B:

Z_B = G/2 – R_C·sin(α) = 200/2 – 200·0,5 = 0.

Из уравнения (3) вычисляется Z_A:

Z_A = G – R_C·sin(α) = 200 – 200·0,5 = 100 Н.

Из уравнения (2) определяется Y_A:

Y_A = R_C·cos(α)·cos(β) = 200·0,866·0,707 = 122,452 Н.

Из уравнения (1) находится X_A.

X_A = – X_B + R_C·cos(α)·sin(β) = – 0 + 200·0,866·0,707 = 122,452 Н.

Результаты проведенных расчётов помещают в таблицу.

Таблица

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Сформулировать определение термина «момент силы F относительно оси OZ».

2. Записать формулы для определения момента силы F относительно координатных осей декартовой системы отсчёта.

3. Сформулировать определение термина «пространственная произвольная система сил».

4. Записать уравнения равновесия пространственной произвольной системы сил.

5. Записать уравнения равновесия для пространственной системы сил, линии действия которых параллельны оси OZ декартовой системы отсчёта.