22514

Применение вариационных методов

Лекция

Производство и промышленные технологии

Лишнюю опорную реакцию В Рис. Рис. При решении по Мору кроме первого состояния нагружения основной балки заданной нагрузкой и лишней неизвестной силой Рис.2 а следует показать ту же балку во втором состоянии загружения силой Рис.

Русский

2013-08-04

103 KB

1 чел.

Сопротивление материалов Сагадеев В.В.

Лекция № 36. Применение вариационных методов.

Раскрытие статической неопределимости для балки, может быть произведено и при помощи теоремы Кастильяно.

   «Лишнюю» опорную реакцию В (Рис.1, а) заменяем «лишней» неизвестной силой В, действующей вместе с заданной нагрузкой q на основную статически определимую балку АВ (фиг. 361, б).



Рис.1. Исходная, а) и основная — б) расчетные схемы

 

   Дифференцируя по силе В потенциальную энергию и вычисляя таким образом прогиб , следует приравнять нулю.

(1)

Остается вычислить М и , установить пределы интеграла и взять его.

Будем считать, что сечение балки не меняется по длине. Тогда уравнение (1) примет вид:

или

отсюда

Далее решение не отличается от описанного в способе сравнения деформаций.

   Раскрытие статической неопределимости возможно выполнить также и по теореме Мора. При решении по Мору, кроме первого состояния нагружения основной балки заданной нагрузкой и лишней неизвестной силой (Рис.2, а), следует показать ту же балку во втором состоянии загружения — силой (Рис.2,б).

Вычисления при обозначениях, принятых на Рис. 2, дают:



а) исходная модель, б) фиктивная модель нагружения, в) грузовая эпюра моментов, г) эпюра моментов от реакции В, д) единичная эпюра моментов

Рис.2. Решение методом Мора и Верещагина

 

т.е. то же, что и при использовании теоремой Кастильяно.

   При решении того же примера по способу Верищагина к двум схемам состояний загружения (Рис.2 а и б) следует построить эпюры моментов: от нагрузки q (Рис.2, в) от силы B (Рис.2 г), и от силы (Рис.2, д).

Величина моментных площадей:

от нагрузки q:

от нагрузки В:

Ординаты эпюр единичной нагрузки:

для умножения на :

для умножения на :

Прогиб в точке В

Отсюда

Совпадение результатов расчета опорной реакции очевидно.

 

Выбор лишней неизвестной и основной системы.

   В предыдущем примере мы выбрали за лишнюю неизвестную реакцию В. Мы могли бы выбрать и момент . Соответственно изменилась бы основная система и ход решения. Окончательный же результат, конечно, получился бы прежним. Возьмем за лишнюю неизвестную опорный момент (Рис.3, а). Какой будет основная система? Чтобы получить ее, надо отбросить то опорное закрепление, которое создает момент , т. е. защемление конца А. Чтобы на конце А не было опорного момента, там следует поставить шарнирно-неподвижную опору.

   Основной системой будет балка, изображенная на Рис.3, б. Загрузим ее внешней нагрузкой и опорным моментом (фиг. 363, в).

   Чтобы эти балки работали одинаково, надо для балки Рис.3, в написать дополнительное условие, что сечение А под действием изображенных нагрузок не может поворачиваться; накладываем это ограничение на перемещение, соответствующее выбранной лишней неизвестной:

Далее, применив для решения уравнения теорему Кастильяно, имеем



а) заданное. б) основная, в) эквивалентная

Рис.3. Расчетные схемы:

следовательно,

   Для нахождения М и выразим реакцию В основной системы через и произведем все обычные вычисления:

.

находим:

Отсюда

,

т. е. той же величине, которая была получена раньше. Дальнейший ход решения не отличается от разобранного выше.

   Решение той же основной системы (Рис.4, а) с применением способа Верещагина потребует изображения второго состояния загружения основной системы моментом (Рис.4, б) и построения эпюр изгибающего момента: от заданной нагрузки q (Рис.4, в), от момента (Рис.4, г) и от единичной нагрузки; (Рис.4, д). Вычисляем :



а)исходная схема, б) нагружение единичным моментом, в) грузовая эпюра, г) моментная эпюра, д) единичная эпюра моментов

Рис.4. Динамика расчета по методу Верещагина:

 

Как видно, уравнение для определения полностью совпадает с найденным по теореме Ка-стильяно.

   Сравнивая два варианта решения поставленной задачи с лишней неизвестной В и с лишней неизвестной , видим, что при применении способа Кастильяно первый вариант менее сложен по вычислениям. Это объясняется тем, что основной системой в первом варианте является балка, защемленная одним концом, во втором же — балка на двух опорах; для второй — вычисления сложнее. Таким образом, лишнюю неизвестную и, следовательно, основную систему надо выбирать с таким расчетом, чтобы выкладки (вычисление изгибающих моментов и т. д.) были проще.

   Если бы мы выбрали за лишнюю неизвестную реакцию А, то основную систему следовало бы так устроить, чтобы опора А не давала возможности поворота сечения и горизонтальных перемещений, но допускала бы вертикальные движения.

   За лишнюю неизвестную нельзя брать лишь ту реакцию, при отбрасывании которой мы получим изменяемую, неустойчивую основную систему.

 

Общий план решения статически неопределимой задачи.

Таким образом, общий метод решения, статически неопределимых задач распадается на ряд отдельных этапов.

   В дух предыдущих лекциях приведены два варианта решения задачи: с лишней реакцией В и с лишней реакцией . Для развертывания добавочного условия даны также два варианта решения: способом сравнения деформаций и с применением теоремы. Кастильяно.

   Если бы число реакций статически неопределимой балки было нe четыре, как в рассмотренном примере, а больше, то соответственно увеличилось бы число лишних неизвестных; загрузив основную систему внешней нагрузкой и этими лишними неизвестными, мы можем написать дополнительные условия, ограничивающие деформации балки в тех сечениях, где эти лишние реакции приложены. Таким путем будет получено столько же дополнительных уравнений, сколько лишних неизвестных.

   Следовательно, общий метод определения добавочных опорных реакций в статически неопределимых балках основан на том, что якая дополнительная опора, вводя лишнюю неизвестную реакцию, в то же время накладывает дополнительное ограничение в основной статически определимой системе на перемещение, соответствующее лишней неизвестной реакции. Выражая уравнением это ограничение, получаем столько дополнительных уравнений, сколько добавлено новых опорных закреплений.

 

Определение деформаций статически неопределимых балок.

   После того, как определены опорные реакции, построены эпюры изгибающих моментов и поперечных сил, подобраны сечения статически неопределимой балки, определение ее деформаций ничем- не отличается от таких же вычислений для статически определимой балки.

   Необходимо лишь отметить, что в этом случае мы будем иметь избыточное число уравнений для определения постоянных интегрирования. Этот избыток равен числу лишних неизвестных. Избыточные уравнения при правильно найденных реакциях обратятся в, тождества, ибо они уже и были использованы при нахождении лишних неизвестных. Так для балки, с левым (А), жесткозащемленным и правым (В), шарнирноопертыми концами с пролетом l, получим следующее дифференциальное уравнение изогнутой оси:

Интегрируем:

(а)

(b)

Постоянных интегрирования две, условий же для их определения можно написать три, а именно:

в точке А при прогиб и угол поворота ;

В х=0 у = 0.

   Третье из этих уравнений обратится в тождество, ибо оно уже было нами использовано при составлении дополнительного уравнения, из которого мы нашли для В значение . Заметим, что мы могли бы использовать уравнение изогнутой оси балки для нахождения лишней неизвестной. Приняв за лишнюю неизвестную реакцию В, составим и проинтегрируем дифференциальное уравнение изогнутой оси; получим формулы (а) и (b).

   Используя граничные условия в точках А и В, получим три уравнения, из которых найдем реакцию В и постоянные интегрирования С и D.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41315. Использование средств ИС РПО для отладки взаимодействия с объектами управления 1.14 MB
  В качестве схемы сопряжения с линией связи ССЛС в интерфейсе RS232С удобно использовать интегральную схему типа MX232 Перечисленные последовательные интерфейсы реализуют радиальную стру-ктуру подключения. Это означает, что для подключения к каждому МПУ не-обходимо реализовать свой последовательный интерфейс:
41316. Изучение принципов организации аппаратного интерфейса USB. 987 KB
  Практически исследовать принципы организации аппаратного интерфейса USB Время: 2 часа Оборудование: ПК ПО. Методические материалы и литература: Методические указания по выполнению практических работ; Иллюстративный материал: принципы организации аппаратного интерфейса USB Методические указания по выполнению практической работы: Последовательность выполнения работы: Изучить и законспектировать основные теоретические...
41317. Изучение команд SSE и SSE2 1.24 MB
  Практически изучить команды SSE и SSE2 для МП. Методические материалы и литература: Методические указания по выполнению практических работ; Иллюстративный материал: команды управления на языке SM для МП. При этом использовать описание работы лабораторный блок ПК иллюстрационный материал; В практической части отработать следующие подразделы: Рассмотреть примеры использования команд ХММрасширения Выполнить пример формирования кода операции и порядок следования операндов команд ХММрасширения...
41318. Изучение команд обращения к портам. Реализа-ция последовательного и параллельного обмена данными 149.5 KB
  Основные теоретические положения Организация ввода вывода в микропроцессорной системе Вводом выводом ВВ называется передача данных между ядром ЭВМ включающим в себя микропроцессор и основную память и внешними устройствами ВУ. Управляющие данные от процессора называемые также командными словами или приказами инициируют действия не связанные непосредственно с передачей данных например запуск устройства запрещение прерываний и т. Управляющие данные от внешних устройств называются словами состояния; они содержат информацию об...
41319. Изучение команд пересылки данных МК МС 68HC908GP32 1.63 MB
  Практически изучить команды пересылки данных МК МС 68HC908GP32 ПК ПО. Методические материалы и литература: Методические указания по выполнению практических работ; Иллюстративный материал: команды управления на языке SM для МП. При запуске МК процедура RЕSЕТ в РС автоматически загружается адрес первой команды выполняемой программы вектор начального запуска из двух...
41320. Изучение команд передачи управления 4.09 MB
  Практически изучить команды передачи управления . Методические материалы и литература: Методические указания по выполнению практических работ; Иллюстративный материал: команды операций над числами . При этом использовать описание работы лабораторный блок ПК иллюстрационный материал; В практической части отработать следующие подразделы: Рассмотреть команды передачи управления; Выполнить примеры и отразить их в отчёте; Проанализировать результаты выполненных примеров. Основные теоретические положения Способы...
41321. Изучение программной модели команд управления на языке SM для МП 1.1 MB
  Практически изучить программную модель команд управления на языке SM для МП. Методические материалы и литература: Методические указания по выполнению практических работ; Иллюстративный материал: команды управления на языке SM для МП. При этом исполнение текущей последовательности команд приостанавливается прерывается а вместо нее начинает выполняться другая последовательность соответствующая данному прерыванию.
41322. Изучение команд операций над числами 1.62 MB
  Основные теоретические положения Структура команд Любая команда ЭВМ обычно состоит из двух частей: операционной и адресной. Трехадресная команда легко расшифровывалась и была удобна в использовании но с ростом объемов ОЗУ ее длина становилась непомерно большой. Пример программы в командах процессора Перед вами короткая программа для процессора семейства 1п1е1 которая увеличивает число находящееся в регистре ах. Пример программы в командах процессора Несмотря на то что приведенная программа по длине явно больше чем...
41323. Изучение команд операций с битами 5.5 MB
  Каждая команда МК подгруппы РIС16F8Х представляет собой 14битовое слово разделенное на код операции ОРСОDЕ и поле для одного и более операндов которые могут участвовать или не участвовать в этой команде.1 Основные форматы команд МК Команды работы с битами Отличительной особенностью данной группы команд является то что они оперируют с однобитными операндами в качестве которых используются отдельные биты регистров МК. отрицание логическое НЕ логическая операция над одним операндом результатом которой является...