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

37897. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГАЗА МЕТОДОМ НАГРЕТОЙ НИТИ 268.5 KB
  12 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 127 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГАЗА МЕТОДОМ НАГРЕТОЙ НИТИ Цель работы Изучение теплопроводности в газах и определение коэффициента теплопроводности воздуха. В твердых телах распространение тепла может происходить как путем теплопроводности так и путем конвекции или того и другого способа одновременно. Основным законом теплопроводности является закон Фурье который в одномерном случае распространения тепла в одном направлении пусть вдоль оси х имеет вид:...
37898. ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ ТУННЕЛЬНОГО ДИОДА 3.81 MB
  Если полная энергия частицы Е U0 то с классической точки зрения частица может двигаться либо в области I где х 0 либо в области III где х d. Частица полная энергия которой меньше высоты потенциального барьера U0 не может с классической точки зрения перейти барьер из области I в область III. Волновая функция в этом случае отлична от нуля и в области II даже при значениях Е U0.1 для области II...
37899. Исследование космического излучения 1.03 MB
  Изучение поглощения космического излучения в свинце9 3. Изучение углового распределения интенсивности космического излучения.12 Лабораторная работа № 88 Исследование космического излучения 1. Цель работы 1 изучение зависимости интенсивности космического излучения от толщины пройденных им свинцовых пластин; 2 проверка феноменологической формулы зависимости интенсивности космического излучения от угла наблюдения.
37900. ИЗУЧЕНИЕ ПРОБЕГА -ЧАСТИЦ В ВОЗДУХЕ 568.16 KB
  Методические указания знакомят студентов с явлением радиоактивности и с механизмами потери энергии электронов при их прохождении через вещество. Студентам предоставляется возможность эксперементально исследовать зависимость интенсивности лучей от толщины слоя воздуха и определить линейный коэффициент поглащения а также оценить верхнюю границу энергии спектра и выявить наиболее важный механизм потерь энергии электронов при их движении в воздухе. Оценить верхнюю границу энергии спектра и выявить наиболее важный механизм...
37901. Изучение явления внешнего фотоэффекта 70.5 KB
  Контрольные вопросы8 Список литературы8 Лабораторная работа № 93 Изучение явления внешнего фотоэффекта 1. Цель работы Снятие вольт амперной характеристики внешнего фотоэффекта изучение законов внешнего фотоэффекта определение постоянной Планка. Типичная вольт амперная характеристика фотоэффекта т. Таким образом опытным путем установлены следующие основные законы внешнего фотоэффекта: 1.
37902. Определение концентрации и подвижности носителей тока в полупроводнике методом эффекта холла 335.5 KB
  Эффект Холла 4 2. Физическая природа эффекта Холла 5 3. Контрольные вопросы 13 Список литературы 13 Лабораторная работа № 98 Определение концентрации и подвижности носителей тока в полупроводнике методом эффекта холла 1.
37903. ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ СВЕТА НА ПРОСТЕЙШИХ ПРЕГРАДАХ И ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКЕ 260.5 KB
  Дифракция света на щели. Экспериментальное определение с помощью дифракции света ширины щели и размеров мельчайших круглых частиц. Дифракция света на щели Рассмотрим дифракцию в параллельных лучах дифракцию Фраунгофера на одной щели.2 и пусть b λ это условие позволяет не учитывать так называемые краевые эффекты обусловленные взаимодействием электромагнитного поля падающей световой волны с веществом щели.
37904. КАЧЕСТВЕННЫЙ И ПОЛУКОЛИЧЕСТВЕННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СПЛАВОВ 4.23 MB
  Определить процентное содержание химического элемента в сплаве. Спектр каждого элемента является строго его индивидуальной характеристикой и поэтому может быть использован для анализа вещества. Атом состоит из положительно заряженного ядра в котором сосредоточена практически вся его масса и отрицательно заряженных электронов число которых в нейтральном атоме совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе Менделеева. На энергетических схемах возможные значения энергии атома изображаются горизонтальными линиями причем все...
37905. Исследования полупроводникового диода 566 KB
  С точки зрения зонной теории полупроводниками являются кристаллические вещества у которых при 0 К валентная зона полностью заполнена электронами а ширина запрещенной зоны невелика например для германия она равна 072 эВ. Выясним природу этих носителей на примере полупроводника из германия. Все атомы германия нейтральны и связаны друг с другом ковалентными связями. Чтобы создать проводимость необходимо разорвать хотя бы одну из связей удалив из атома германия электрон и перенеся его в какуюлибо другую кристаллическую ячейку где все...