РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ

 

Изучение темы необходимо начинать с выяснения вопроса о внутренних силовых факторах, действующих в сечении бруса. Применение метода сечений позволяет найти величину и направление равнодействующей внутренней (продольной) силы упругости в рассматриваемом сечении. Принято считать, что внутренняя растягивающая сила положительна, а сжимающая – отрицательна. Поэтому неизвестную продольную силу N всегда направляют от сечения (рисунок 4), предполагая, что в рассматриваемом сечении возникает растяжение. Величина продольной силы N определяется из условия равновесия отсеченной части, а именно: сумма сил, действующих по оси х, равна нулю при условии равновесия бруса.

 

Рисунок 4- Направление продольной силы N

 

SFix=F-N=0, и следовательно N=F.

Если при расчете продольная сила получается положительной, это значит, что она действительно направлена от сечения и является растягивающей. Если N получается отрицательной, то она является сжимающей.

При изучении растяжения и сжатия прямого бруса следует обратить особое внимание на гипотезу плоских сечений, которая справедлива и при других видах нагружения бруса.

Сущность ее заключается в том, что плоские сечения, нормальные к оси бруса до деформации, остаются и после деформации плоскими и нормальными к его оси, а отсюда следует, что продольные элементы бруса растягиваются одинаково, силы упругости будут распределяться по сечению бруса равномерно, а поэтому напряжение во всех точках сечения определяется по формуле

,

где N – внутренняя сила;

А – площадь поперечного сечения, которая является геометрической характеристикой прочности и жесткости, форма сечения значения не имеет, все точки сечения равноопасны.

Мерой деформации растяжения (ε) является относительное удлинение (рисунок 5).

 

 

Рисунок 5- Удлинение бруса

 

где ℓ – первоначальная длина бруса;

Δℓ=ℓ1- ℓ – абсолютное удлинение.

Величина ε не имеет размерности и часто выражается в процентах.

Особого внимания заслуживает закон Гука, согласно которому в пределах упругой деформации материала между напряжением и деформацией принимается прямо пропорциональная зависимость, которая выражается формулой:

, (1)

где σ – нормальное напряжение;

Ε – модуль продольной упругости (модуль упругости первого рода или модуль Юнга);

ε - относительное удлинение (или осевое укорочение).

Модуль продольной упругости имеет размерность напряжения МПа или Па, (1 МПа = 106 Па) и характеризует жесткость материала, его способность сопротивляться упругому деформированию.

Для участка бруса длиной l, на котором постоянны продольная сила и площадь поперечного сечения, закон Гука можно записать в виде:

(2)

Это вторая форма закона Гука. Произведение ЕА называют жесткостью сечения. При расчетах на растяжение и сжатие используют основной принцип прочности детали: действующие или расчетные напряжения ни в одной точке детали не должны превышать допускаемые напряжения.

Так как при растяжении (сжатии) во всех точках сечения напряжения одинаковы, то при расчете бруса на прочность определяют положение наиболее напряженного (опасного) поперечного сечения. Если брус имеет постоянное по его длине поперечное сечение, то опасным является сечение, в котором возникает наибольшая продольная сила N. Если значение продольной силы во всех сечениях одинаково, то опасным является сечение с наименьшей площадью. Для определения опасного сечения бруса при изменяющихся по его длине площади поперечного сечения и продольной силе необходимо строить эпюру нормальных напряжений.

Условие прочности бруса при растяжении (сжатии), составленное для опасного сечения, имеет вид:

(3)

Условие прочности в словесной форме можно записать следующим образом:

Действующее (расчетное) напряжение   =   Внутреннее усилие Допускаемое напряжение
Характеристика поперечного сечения

Форма сечения бруса не влияет на его прочность при растяжении (сжатии). Форму сечения бруса необходимо знать только для определения размеров сечения при известном сечении площади.

С помощью условия прочности выполняют три вида расчетов: проверочный расчет, проектный расчет и определение допускаемой нагрузки.

Надо знать, что в ряде случаев необходимые для расчета бруса усилия невозможно найти только из уравнений равновесия. Такие задачи называют статически неопределимыми. При решении таких задач уравнения, которых не хватает для определения усилий, составляют из условия деформации бруса или системы.

 

ПРЯМОЙ ИЗГИБ

Приступая к изучению этой темы необходимо уяснить, что теория изгиба построена при следующих допущениях и предположениях (рисунок 9):

 

Рисунок 9 - Схема нагружения бруса

 

1 геометрическая ось бруса, т.е. ось, проходящая через центры тяжести сечений, есть прямая линия;

2 внешние силы, изгибающие брус, лежат в одной плоскости, проходящей через геометрическую ось бруса и все нагрузки перпендикулярны к геометрической оси бруса

- плоскость действия нагрузок является плоскостью симметрии бруса;

- поперечные сечения бруса, плоские до деформации изгиба, остаются плоскими и после деформации;

3 деформации бруса незначительны.

Изгибом называют такой вид деформации бруса, при котором в его поперечных сечениях возникают два силовых фактора – поперечная сила Q и изгибающий момент Мx, для определения численных значений, которых используется метод сечений. Необходимо помнить, что поперечная сила в данном сечении равна алгебраической сумме внешних сил, расположенных только по одну сторону (справа или слева) от рассматриваемого сечения, а изгибающий момент в данном сечении равен алгебраической сумме моментов внешних сил (расположенных слева или справа от сечения), взятых относительно центра тяжести сечения. При этом надо понять и строго придерживаться правила знаков для поперечной силы и изгибающего момента. Поперечная сила считается положительной, если внешние силы стремятся сдвинуть левую часть балки относительно правой вверх или правую часть балки относительно левой – вниз. Правило для поперечной силы показано на рисунке 10.

 

Рисунок 10 - Правило знаков поперечной силы Q при изгибе

 

Правило знаков для изгибающих моментов: внешним моментам, изгибающим мысленно закрепленную в рассматриваемом сечении отсеченную часть балки выпуклостью вниз, приписывается знак плюс, а моментам, изгибающим отсеченную часть балки выпуклостью вверх – знак минус.

 

Рисунок 11- Правило знаков изгибающего момента МХ при изгибе

 

Следует научиться свободно, строить эпюры поперечных сил и изгибающих моментов. Для проверки правильности построения эпюр целесообразно пользоваться теоремой Журавского, устанавливающей зависимость между изгибающим моментом и поперечной силой:

, (4)

т.е. поперечная сила равна производной от изгибающего момента по абсциссе сечения х.

Интенсивность распределения нагрузки:

, (5)

т.е. вторая производная от изгибающего момента по абсциссе сечения х равна интенсивности распределенной нагрузки.

Необходимо уметь выводить формулу для определения нормальных напряжений в производной точке сечения балки:

 

, (6)

где М – изгибающий момент в данном сечении балки;

у – расстояние точки сечения от нейтральной оси;

Ix – осевой момент инерции сечения балки.

Из формулы для определения нормальных напряжений в производной точке можно получить расчетное уравнение на изгиб. Обозначив допускаемое напряжение на изгиб [σ], получим расчетное уравнение:

, (7)

где Мmax – наибольший изгибающий момент в сечении балки;

Wx – осевой момент сопротивления сечения.

Условие прочности позволяет выполнять три вида расчетов: проверочный расчет балки на прочность, определение допускаемых размеров сечения и расчет допускаемых действующих на балку нагрузок.

После этого следует перейти к изучению вопроса об определении углов поворота поперечных сечений и прогибов балок. Для их определения целесообразно использовать универсальные уравнения.

Линейное перемещение «у» центра тяжести сечения называется прогибом. Наибольший прогиб обозначают f. Сечение балки поворачивается вокруг нейтральной линии сечения на некоторый угол φ, который называется углом поворота сечения. Условие жесткости при изгибе записывают в виде:

f ≤ [f]; φmax ≤ [φ]

Допускаемый прогиб назначают в долях пролета балки ℓ.

Для валов принимают [f] = ( 0,0002 – 0,0010) ℓ.

Допускаемые углы поворота сечений вала в местах, где расположены подшипники, принимают в пределах 0,001 – 0,005 рад.

 








Дата добавления: 2019-04-03; просмотров: 460;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.012 сек.