60825

Расчёт на прочность рамной стержневой конструкции

Курсовая

Архитектура, проектирование и строительство

Под действием вертикальной нагрузки балки рамы получаем изгиб в вертикальной плоскости и кручение. Для упрощения будем пренебрегать сопротивлению балок кручению, что равносильно введению шарнирных связей между балками

Русский

2014-12-21

390.5 KB

4 чел.

Расчёт на прочность рамной стержневой конструкции

Содержание

[1]

[2] Введение

[3] 1  Расчет на прочность рамной стержневой конструкции методом сил.

[4] 1.1  Упрощение исходной расчетной схемы

[5] 1.2 Определение геометрических характеристик сечений рассчитываемых элементов.

[6] 1.3 Установление степени статической неопределимости и выбор основной системы.

[7] 1.4 Определение внутренних усилий.

[8] 1.5  Определение расчетных напряжений и оценка прочности конструкции

[9] Литература


Введение 

Для обеспечения эффективности и безопасности эксплуатации вагонов на железных дорогах требуется единый подход к оценке проектных решений и обоснованию соответствия их требованиям нормативной документации. Прогноз качества и целесообразности применения проектных решений может быть обеспечен посредством реализации системной технологии и наполняющих ее средств оценки конструкций. Одним из важных элементов конструирования вагонов является его рама. В курсовой работе выполнен расчет стержневой рамы методом сил. При расчете вагонных конструкций методом сил расчетную схему представим в виде плоских стержневых систем. Расчетные схемы образуются проекцией на горизонтальную плоскость совокупности линий, проходящих через центры тяжести поперечных сечений балок рамы.

Под действием вертикальной нагрузки балки рамы получаем изгиб в вертикальной плоскости и кручение. Для упрощения будем пренебрегать сопротивлению балок кручению, что равносильно введению шарнирных связей между балками. Ввиду симметричности конструкции и действующей нагрузки относительно двух осей исходная расчетная схема может быть упрощена путем замены ее схемой 1/4 части.


1  Расчет на прочность рамной стержневой конструкции методом сил.

1.1  Упрощение исходной расчетной схемы 

Исходная расчетная схема рамы установлена заданием на проектирование и показана на рисунке 1. Она образуется линиями, проходящими через центры тяжести поперечных сечений балок рамы. Рама загружена вертикальной нагрузкой и поэтому представляет собой плоскопространственную стержневую систему.

                          Рисунок 1 –  Исходная расчетная схема рамы

Ввиду симметричности конструкции и действующей нагрузки относительно двух осей исходная расчетная схема может быть упрощена путем замены ее схемой 1/4 части (рисунок 2). Действие отброшенной части учитывается введением соответствующих связей. На расчётной схеме 1/4 части рамы квадратными скобками обозначены связи, закрепляющие сечения от поворотов в вертикальной плоскости.

Рисунок 2 –  Расчетная схема 1/4 части рамы


Поскольку на расчетной схеме 1/4 части рамы хребтовая балка – стержни 1 – 2 и  2 – 3 разрезана вдоль по оси симметрии пополам, то силы, действующие на нее, и  геометрические  характеристики  также  уменьшаются  в  два  раза, то есть 0,5Р
1, I х1 = 0,5I х, сила в узле 3 уменьшится в 4 раза и равна 0,25Р 2, так как она режется как вдоль, так и поперек стержня.

1.2 Определение геометрических характеристик сечений рассчитываемых элементов. 

Рассмотрим расчет характеристик сечения стержней  1 – 2,  2 – 3 (рисунок 3).

Рисунок 3 – Сечение стержней   1 – 2,  2 – 3.

Сложное сечение разбиваем на простые части – прямоугольники 1,  2  и 3. Проводим через центры их тяжести центральные оси Х 1,  Х 2,  Х 3  (рисунок 4). По нижней кромке сечения проведем координатную ось Х 0.

Расчет геометрических характеристик выполняем в сантиметрах.

По каждому выделенному прямоугольнику определяем:

площади поперечных сечений:

моменты инерции относительно центральных осей:


   

Рисунок 4 – Расчетное сечение стержней   1 – 2,  2 – 3.

Расчет выполним в табличной форме (таблица 1).

Таблица 1 –  Расчет геометрических  характеристик сечения стержней  1 – 2,  2 – 3  относительно нейтральной оси Х (рисунок 4)

Используя итоговые данные таблицы 1 определяем  геометрические характеристики сложного сечения стержней  1 – 2,  2 – 3.

Координата центра тяжести

Момент инерции относительно нейтральной оси Х сложного сечения:

I x =  I 12  = I 23  = 6225,79 + 77048,6 – 22,15 . 2604,4 = 25587 см 4 =

                     = 25587 . 10 -8 м 4.


Моменты сопротивления изгибу относительно нейтральной оси Х сложного сечения:

Рассмотрим расчет характеристик сечения стержней  4 – 5,  5 – 6 (рисунок 5).

Рисунок 5 – Сечение стержней  4 – 5,  5 – 6.

Сложное сечение разбиваем на простые части – прямоугольники 1,  2  и 3. Проводим через центры их тяжести центральные оси Х 1,  Х 2,  Х 3  (рисунок 6). По нижней кромке сечения проведем координатную ось Х 0.

Расчет геометрических характеристик выполняем в сантиметрах.

По каждому выделенному прямоугольнику определяем:

площади поперечных сечений:

моменты инерции относительно центральных осей:


Рисунок 6 – Расчетное сечение стержней  4 – 5,  5 – 6.

Расчет выполним в табличной форме (таблица 2).

Таблица 2 –  Расчет  геометрических характеристик сечения стержней  4 – 5,  5 – 6  относительно нейтральной оси Х (рисунок 6)

Используя итоговые данные таблицы 2 определяем  геометрические характеристики сложного сечения стержней  4 – 5,  5 – 6.

Координата центра тяжести

Момент инерции относительно нейтральной оси Х сложного сечения:

I x =  I 45  = I 56  = 914,36 + 12239,88 – 14,75 . 629,75 = 3865 см 4 =

                     = 3865 . 10 -8 м 4.


Моменты сопротивления изгибу относительно нейтральной оси Х сложного сечения:

Рассмотрим расчет характеристик сечения стержня  1 – 4 (рисунок 7).

Рисунок 7 – Сечение стержня  1 – 4.

Сложное сечение разбиваем на простые части – прямоугольники 1,  2,  3  и  4. Проводим через центры их тяжести центральные оси Х 1,  Х 2,  Х 3,  Х 4  (рисунок 8). По нижней кромке сечения проведем координатную ось Х 0.

Расчет геометрических характеристик выполняем в сантиметрах.

По каждому выделенному прямоугольнику определяем:

площади поперечных сечений:

моменты инерции относительно центральных осей:


Рисунок 8 – Расчетное сечение стержня  1 – 4.

Расчет выполним в табличной форме (таблица 3).

Таблица 3 – Расчет геометрических характеристик сечения стержня  1 – 4

относительно нейтральной оси Х (рисунок 8)

Используя итоговые данные таблицы 3 определяем  геометрические характеристики сложного сечения стержней  1 – 4.

Координата центра тяжести

Момент инерции относительно нейтральной оси Х сложного сечения:

I x =  I 14  = 2929,71 + 25595,48 – 16,05 . 1143,7 = 10169 см 4 =

                     = 10169 . 10 -8 м 4.


Моменты сопротивления изгибу относительно нейтральной оси Х сложного сечения:

Рассмотрим расчет характеристик сечения стержня  2 – 5 (рисунок 9).

Рисунок 9 – Сечение стержня  2 – 5.

Сложное сечение разбиваем на простые части – прямоугольники 1,  2,  и  3. Проводим через центры их тяжести центральные оси Х 1,  Х 2,  Х 3  (рисунок 10). По нижней кромке сечения проведем координатную ось Х 0.

Расчет геометрических характеристик выполняем в сантиметрах.

По каждому выделенному прямоугольнику определяем:

площади поперечных сечений:

моменты инерции относительно центральных осей:


Рисунок 10 – Расчетное сечение стержня  2 – 5.

Расчет выполним в табличной форме (таблица 4).

Таблица 4 – Расчет геометрических характеристик сечения стержня  2 – 5

относительно нейтральной оси Х (рисунок 10)

Используя итоговые данные таблицы 4 определяем  геометрические характеристики сложного сечения стержней  2 – 5.

Координата центра тяжести

Момент инерции относительно нейтральной оси Х сложного сечения:

I x =  I 25  = 9760,8 + 139993,7 – 21,55 . 4241,04 = 58360 см 4 =

                     = 58360 . 10 -8 м 4.


Моменты сопротивления изгибу относительно нейтральной оси Х сложного сечения:

Результаты расчета геометрических характеристик по всем сечениям рамы сводим в таблицу 5, учитывая, что геометрические характеристики сечений стержней 1 – 2,  2 – 3 равны половинам их действительных расчетных значений, так как сечения указанных стержней рассечены пополам по длине.

Таблица 5 – Результаты расчета геометрических характеристик сечений стержней расчетной схемы.

1.3 Установление степени статической неопределимости и выбор основной системы.

Степень статической неопределимости 1/4 части расчетной схемы определяется по формуле

где  d – число поперечных балок всей рамы,  d = 4.

Основную систему получим из заданной расчетной схемы  1/4  части рамы, удаляя связь в узле 4 между продольной балкой  4 – 5  и поперечной балкой  1 – 4 рисунок 11.

Рисунок 11 – Основная система


1.4 Определение внутренних усилий.

Составление канонического уравнения. Для определения неизвестного силового фактора  Х 1  составляется каноническое уравнение метода сил.

Вычисление коэффициента  δ 11  и свободного члена  Δ  канонического уравнения. Для их определения нагружаем основную систему поочередно единичными усилиями  Х 1 = 1 и внешней нагрузкой и от каждого из них отдельно строятся эпюры изгибающих моментов.

Строим единичную эпюру изгибающих моментов от действия  Х 1 = 1. Определим ординаты эпюры :

 

Строим единичную эпюру  рисунок 12.

Рисунок 12 – Единичная эпюра  .

Строим грузовую эпюру изгибающих моментов М от действия внешней нагрузки. Определим реакции и ординаты грузовой эпюры М (от внешней нагрузки рисунок 13):


Рисунок 13 – Внешняя нагрузка на раму.

Строим эпюру изгибающих моментов от внешней нагрузки рисунок 14.

Рисунок 14 – Эпюра изгибающих моментов от внешней нагрузки.

Коэффициент  δ 11  определяем умножением эпюры   саму на себя, а свободный член  Δ – перемножая эпюры  и М.

Для удобства вычисляем  δ 11  и  Δ, увеличенные в Е раз.


Решение канонического уравнения. Подставляя полученные значения коэффициента Еδ 11 и свободного члена  ЕΔ  в каноническое уравнение и сокращая на  Е  получим

Решая уравнение, находим

Построение суммарной эпюры изгибающих моментов. Вычисление ординат суммарной эпюры изгибающих моментов М с выполняем в табличной форме (таблица 6)

Таблица 6 – Вычисление ординат суммарной эпюры  М с


Рисунок 15 – Суммарная эпюра изгибающих моментов

1.5  Определение расчетных напряжений и оценка прочности конструкции

Вычисление нормальных напряжений в сечениях стержней рамы производим в табличной форме (таблица 7) с использованием формулы

где  – нормальные напряжения, обусловлено деформациями изгиба, для верхних (нижних) волокон  i – го расчетного сечения, МПа;

М сi  – ордината суммарной эпюры изгибающих моментов в  i – м расчетном сечении,  кН . м;

– момент сопротивления  i – го сечения изгибу относительно нейтральной оси  х  для верхних (нижних) волокон, м 3.

Таблица 7 – Напряжения в расчетных сечениях рамы


Вывод. Во всех сечениях рамы расчетные напряжения  σ i  не превышают допускаемые  [σ] = 335 МПа (материал сталь 10Г2БД) т.е. выполняется условие .  Поэтому можно сделать вывод о том, что прочность рамы обеспечивается.  


Литература

  1.  Дарков, А. В. Строительная механика: учеб. для вузов/ А. В. Дрков, В. Н. Шапошников. – М., Высш. шк., 1986. – 607 с.
  2.  Пигунов, В. В. Строительная механика и несущая способность вагонов/ А. В. Пигунов. – Гомель 2007. – 81 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70312. Методика построения моделей парной линейной регрессии и оценки их качества 252 KB
  Содержание: Выбор и построение модели Проверка соответствия модели выборочным данным Прогнозирование проверка соответствия модели новым данным Резюме Была построена модель линейной связи между переменными DPI и PCE. Анализируя диаграмму рассеяния исследуемых данных приходим...
70314. ПОДАТКОВИЙ МЕНЕДЖМЕНТ: КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ 1.36 MB
  Конспект лекцій з дисципліни «Податковий менеджмент» охоплює питання ведення обліку платників податків, порядку нарахування податків та облік фактично внесених сум, методики проведення камеральних і документальних перевірок, правильності нарахування й своєчасності сплати...