22515

Расчет статически неопределимых стержневых систем

Лекция

Производство и промышленные технологии

Расчет статически неопределимых стержневых систем Связи накладываемые на систему. На брус могут быть наложены связи т. Наложение одной связи снимает одну степень свободы с бруса как с жесткого целого. Связи в рамах и стержневых системах делят обычно на связи внешние и связи внутренние или взаимные.

Русский

2013-08-04

54 KB

23 чел.

Сопротивление материалов Сагадеев В.В.

Лекция № 37. Расчет статически неопределимых стержневых систем

Связи, накладываемые на систему. Степень статической неопределимости.

   Для решения большинства статически неопределимых встречающихся на практике задач обозначенные приемы оказываются, однако, далеко не достаточными. Поэтому необходимо остановиться на более общих методах раскрытия статической неопределимости на примере стержневых систем.

   Под стержневой системой в широком смысле слова понимается всякая конструкция, состоящая из элементов, имеющих форму бруса. Если элементы конструкции работают в основном на растяжение или сжатие, то стержневая система называется фермой (рис. 1).



Рис.1. Расчетная схема формы

 

   Ферма состоит из прямых стержней, образующих треугольники. Для формы характерно приложение внешних сил в узлах.

   Если элементы стержневой системы работают в основном на изгиб или кручение, то система называется рамой (рис. 2).

   Особую, наиболее простую для исследования группу стержневых систем составляют плоские системы. У плоской рамы или фермы оси всех составляющих элементов до и после деформации расположены в одной плоскости. В этой же плоскости действуют все внешние силы, включая и реакции опор (см. рис. 2,а).

   Наряду с плоскими рассматриваются так называемые плоско-пространственные системы. Для такого рода систем оси составляющих элементов в недеформированном состоянии располагаются, как и для плоских систем, в одной плоскости. Внешние же силовые факторы действуют в плоскостях, перпендикулярных к этой плоскости (рис. 2,в). Стержневые системы, не относящиеся к двум указанным классам, называются пространственными (рис.2,в).

   Рамы и фермы принято разделять на статически определимые и статически неопределимые. Под статически определимой понимается такая кинематически неизменяемая система, для которой все реакции опор могут быть определены при помощи уравнений равновесия, а затем при найденных опорных реакциях методом сечений могут быть найдены также и внутренние силовые факторы в любом поперечном сечении. Под статически неопределимой системой имеется в виду такая, опять же кинематически неизменяемая система, для которой определение внешних реакций и внутренних силовых факторов не может быть произведено при помощи метода сечений и уравнений равновесия.



а) плоская, б) плоскопространственная. в) пространственная

Рис.2. Расчетные схемы рамных конструкций:

 

   Разность между числом неизвестных (реакций опор и внутренних силовых факторов) и числом независимых уравнений статики, которые могут быть составлены для рассматриваемой системы, носит название степени или числа статической неопределимости. В зависимости от этого числа системы разделяются на один, два, три...., n раз статически неопределимые. Иногда говорят, что степень статической неопределимости равна числу дополнительных связей, наложенных на систему. Остановимся на этом вопросе подробнее.

   Положение жесткого бруса в пространстве определяется шестью независимыми координатами, иначе говоря, жесткий брус обладает шестью степенями свободы. На брус могут быть наложены связи, т. е. ограничения, обусловливающие его определенное положение в пространстве. Наиболее простыми связями являются такие, при которых полностью исключается то или иное обобщенное перемещение для некоторых сечений бруса. Наложение одной связи снимает одну степень свободы с бруса как с жесткого целого. Следовательно, если на свободный жесткий брус наложено шесть связей, то положение его в пространстве как жесткого целого будет, за некоторыми исключениями, определено полностью и система из механизма, обладающего шестью степенями свободы, превращается в кинематически неизменяемую систему. То число связей, при котором достигается кинематическая неизменяемость, носит название необходимого числа связей. Всякую связь, наложенную сверх необходимых, называют дополнительной. Число дополнительных связей равно степени статической неопределимости системы.

   Связи в рамах и стержневых системах делят обычно на связи внешние и связи внутренние, или взаимные. Под внешними связями понимаются условия, накладываемые на абсолютные перемещения некоторых точек системы.



а)внешняя связь, б) две внешние связи в) шесть внешних связей в общем случае

Рис.3. Схемы эквивалентных связей

 

   Если, например, на левый конец бруса (рис. 3, а) наложено условие, запрещающее вертикальное перемещение, говорят, что в этой точке имеется одна внешняя связь. Условно она изображается в виде двух шарниров или катка. Если запрещено как вертикальное, так и горизонтальное смещение, говорят, что наложены две внешние связи (рис. 3, б). Заделка в плоской системе дает три внешние связи. Пространственная заделка соответствует шести внешним связям (рис. 3, б). Внешние связи часто, как уже упоминалось, делят на необходимые и дополнительные. Например, на рис. 4, а и б показана плоская рама, имеющая в первом случае три внешние связи, а во втором — пять внешних связей. Для того чтобы определить положение рамы в плоскости как жесткого целого, необходимо наложение трех связей. Следовательно, в первом случае рама имеет необходимые внешние связи, а во втором, кроме того, две дополнительные внешние связи.



а) три внешних связи, б) пять внешних связей

Рис.4. Плоская рама

 

   Под внутренними, или взаимными, связями понимаются ограничения, накладываемые на взаимные смещения элементов рамы. Здесь также можно говорить как о необходимых, так и о дополнительных связях. Так, например, плоская рама, показанная на рис. 5, а, имеет необходимое количество как внешних, так и внутренних связей между элементами. Это — кинематически неизменяемая система. Если будут заданы внешние силы, мы сможем найти как реакции опор, так и внутренние силовые факторы в любом поперечном сечении рамы. В той же раме, показанной на рис. 5, б, дополнительно наложены две дополнительные внутренние связи, запрещающие взаимное вертикальное и горизонтальное смещения точек А и В. Система в данном случае дважды статически неопределима (иногда добавляют: «внутренним образом»).

   В раме рис. 4, а и б также имеются внутренние дополнительные связи. Контур рамы полностью замкнут. Разрезая его в любом сечении (рис.5 в), мы, не нарушая кинематической неизменяемости, получаем возможность при заданных силах найти внутренние силовые факторы в каждом сечении рамы. Следовательно, разрезая замкнутую раму, мы снимаем дополнительные связи, т.е. позволяем сечениям А и В поворачиваться и смещаться в двух направлениях друг относительно друга. Обобщая, можно сказать, что замкнутый плоский контур имеет три дополнительные взаимные связи— трижды статически неопределим. Таким образом, рама, показанная на рис. 4, а, трижды статически неопределима. Рама, показанная на рис. 4, б, пять раз статически неопределима (три раза внутренним образом и два раза — внешним).



а) кинематически неизменяемая, б) неопределимая внутренним образом, в)со снятием дополнительных связей

Рис.5. Классификационные признаки рам:

 

   Рассмотрим теперь несколько примеров определения степени статической неопределимости стержневых и рамных систем. На рис. 6 показано несколько рам. Последовательно рассмотрим их.

а) Рама имеет четыре дополнительные внешние связи и три взаимные связи, т. е. семь раз статически неопределима.

б) Полагаем сначала, что шарнир А отсутствует. Тогда имеются две внешние и три внутренние дополнительные связи. Система без шарнира А была бы пять раз статически неопределимой.

   Шарнир А принадлежит одновременно трем стержням. Его можно рассматривать как два совпавших шарнира (рис. 7). Так как каждый шарнир снимает одну связь, т. е. разрешает поворот одного сечения относительно другого, то можно сказать, что шарнир А снимает две связи. Система становится, таким образом, вместо пяти — три раза статически неопределимой.

   Обобщая сказанное, можно сделать вывод, что шарнир снимает число связей, на единицу меньшее числа сходящихся в нем стержней. В данном случае в шарнире А сходятся три стержня и шарнир снимает две связи.



а) статически неопределимая — семь, б) — три, в) — четыре, г) — три, е) — двенадцать,
ж) — семь, д) — три, и) — тринадцать раз статически неопределима

Рис.6. Примеры рамных конструкций:

 

в) Если бы шарнир А отсутствовал, система была бы четыре раза внешним образом и три раза внутренним образом статически неопределимой, т. е. всего семь раз. Шарнир А снимает число связей, на единицу меньшее числа сходящихся в нем стержней, т. е. три связи. Рама четыре раза статически неопределима.

г) Рама три раза статически неопределима.

д) Внешние связи не удовлетворяют условиям кинематической неизменяемости. Это — механизм, точнее говоря, мгновенный механизм. Система имеет возможность поворачиваться относительно верхней опоры как жесткое целое Понятно, что угол поворота будет небольшим. Нижняя связь заклинится и будет достигнуто какое-то положение равновесия, но новое положение связей будет зависеть от жесткости системы. К раме неприменимы основные принципы сопротивления материалов: принцип неизменности начальных размеров и принцип независимости действия сил.



Рис.7. модель двух совпадших шарниров

 

е) Рама — пространственная. Имеется шесть дополнительных внешних связей (лишняя заделка) и шесть дополнительных взаимных связей (замкнутый контур) Система 12 раз статически неопределима.

ж) Система семь раз статически неопределима (один раз внешним образом и шесть раз — внутренним).

з) Здесь для плоской рамы не показаны внешние связи, но дана система внешних сил, удовлетворяющая условиям равновесия. В таком случае условились считать, что дополнительных внешних связей нет, и положение рамы в пространстве считается определенным; рассматриваются только внутренние связи. Система три раза статически неопределима.

и) Здесь также рассматриваются только внутренние связи, поскольку система указанных внешних сил удовлетворяет условиям равновесия. Нужно подсчитать, сколько сечений необходимо сделать в раме, чтобы, с одной стороны, она не «рассыпалась», а с другой, чтобы в ней не осталось ни одного замкнутого контура. Таких сечений следует сделать пять (см. рис. 6, и). Система 30 раз статически неопределима.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42740. Разветвляющийся вычислительный процесс 208 KB
  Определить поместится ли квадрат в круге. Определить принадлежность заданной точки заштрихованной области включая ее границы. Определить есть ли среди них хотя бы одна пара одинаковых чисел. Определить принадлежность заданной точки заштрихованной области включая ее границы.
42742. Циклический вычислительный процесс 110 KB
  Составить математическую модель решения задач Задания 1 и Задания 2, нарисовать блок-схемы алгоритма, написать 3 программы на языке Паскаль (первая программа с использованием оператора цикла FOR, вторая – с использованием оператора WHILE, третья – с использованием оператора REPEAT). 2. Оформить в виде отчета (с.4).3. Ответить на контрольные вопросы (с.5). 4. Отчет представить преподавателю в распечатанном виде.
42743. Одномерные массивы 126 KB
  Размерность массива задать самостоятельно. Вариант Задачи 1 Заполнить массив случайными числами положительными и отрицательными из произвольного диапазона. Вывести созданный массив на экран расположив элементы в одну строку через пробелы.
42744. Разработка туристического продукта развлекательной тематики в гродненской области 476 KB
  раскрыть лексико-семантические и деривационные особенности молодежного сленга, отличающих его от других социолектов, а также его значимость как явления молодежной субкультуры второй половины ХХ–начала XXI вв...
42745. Изучение работы жидкостного U – образного манометра и комплекта приборов для измерения давления пневматической ветви ГСП 365 KB
  В процессе выполнения лабораторной работы студенты закрепляют знания по разделам Измерение давления и Дистанционная передача сигнала теоретического курса Технологические измерения и приборы; студенты знакомятся с принципом действия устройством измерительного пневматического преобразователя разности давления 13ДД11 в комплекте с вторичным прибором РПВ4. Величина давления контролируется по Uобразному манометру. измеряем давление на выходе из измерительного преобразователя 13ДД11 по образцовому...
42746. Изучение конструкции и поверки измерительного преобразователя давления типа «Сапфир – 22ДИ» 44 KB
  Цель работы – ознакомиться с принципом действия и конструкцией измерительного преобразователя типа Сапфир–22ДИ; выполнить проверку измерительного преобразователя типа Сапфир–22ДИ; приобрести навыки в определении давления при помощи измерительных преобразователей типа Сапфир. Стенды предназначены для проведения лабораторных работ по поверке автоматического миллиамперметра КСУ–2 в комплекте с преобразователем давления Сапфир–22ДИ. На втором стенде установлены автоматический миллиамперметр КСУ–2 клеммы...
42747. Определение скорости движения тела в жидкости на примере осаждения твердой частицы в неподвижной среде под действием силы тяжести 78 KB
  Скорость такого равномерного движения частицы в среде называют скоростью осаждения. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ: Лабораторная установка для определения скорости осаждения частиц состоит из стеклянного цилиндра рис. Установка снабжена микрометром для определения диаметра шариков ареометром для определения удельного веса глицерина секундомером для замера времени осаждения шариков на пути между метками на цилиндре.
42748. Проектирование цеха по производству специальных красных вин 1.17 MB
  Современное оборудование позволяет перерабатывать виноград в щадящих режимах, не разрушая семян и кожицу ягод, предварительно отделив гребни. Это дает возможность вырабатывать легкие вина с великолепным вкусом, без внесения в него вредных тонов.