РефератыПромышленность, производствоРаРасчёт параметров изгиба однопролётной балки со свободно опертым и упруго защемленным концами

Расчёт параметров изгиба однопролётной балки со свободно опертым и упруго защемленным концами

Курсовая работа


Расчёт параметров изгиба однопролётной балки со свободно опёртым и упруго защемленным концами





Дано:

L = 6.8 м = 680 см.


q0
= 22.2 кгс/см


E = 210000 МПа


J = 5800 см4


æ = 0.93


1. Дифференциальное уравнение изгиба призматической балки имеет следующий вид:


EJWIV
(x) = q (x) (1)


После четырёхкратного интегрирования дифференциального уравнения изгиба балки (1) общий интеграл этого уравнения представляется выражением:


, (2)


в котором величины А, В, С, D
являются постоянными интегрирования, определяемые исходя из граничных условий по концам рассматриваемой балки.


2. Граничные условия для параметров изгиба балки на её левом конце при значении х = 0
имеют вид:


W(0) = 0 (3)


WII
(0) = 0 (4)


На правом конце балки при значении х = L
граничные условия для параметров изгиба имеют вид:


W(L) = 0 (5)


(6)


3. В связи с тем, что в конкретном рассматриваемом примере на заданную однопролётную балку действует равномерно распределённая внешняя нагрузка интенсивностью q(x)= q0
= const,

дифференциальное уравнение (1) изгиба призматической балки будет иметь вид:


EJWIV
(x) = q 0
, (7)


а выражение (2) для общего интеграла дифференциального уравнения (7) будет:


(8)


Для подчинения общего интеграла (8) дифференциального уравнения (7) граничным условиям (3), (4), (5). (6) необходимо предварительно получить выражения для первой и второй производных от общего интеграла (8), которые будут иметь соответственно вид:


(9)


(10)


Если подчинить выражение общего интеграла (8) граничному условию (3), то в результате получим, что


W(0) = D,


откуда следует, что величина D
будет равна:


D = 0 (11)


Если воспользоваться граничным условием (4), то подставляя в выражение (10) значение х = 0
, в результате получим, что


WII
(0)=В,


откуда следует, что величина В будет равна:


В = 0 (12)


Подчиняя выражение общего интеграла (8) граничному условию (5), получим, что


(13)


Воспользовавшись выражениями (9) и (10), из граничного условия (6) получим следующую зависимость:


(14)


или


,


откуда после преобразований и приведения подобных членов, получается выражение вида


(15)


Выражения (14) и (15) в окончательном виде преобразуются к уравнениям относительно двух неизвестных величин А
и С
, которые образуют систему двух алгебраических уравнений:


(16)


Для решения системы уравнений (16) можно воспользоваться методом миноров.


(17)


значения неизвестных величин А
и С
будут определяться следующими формулами:


; (18)


, (19)


где:


Δ0

– определитель системы уравнений (17), составляемый из коэффициентов при неизвестных величинах А
и С
:



ΔА -
определитель системы уравнений (17), составляемый из коэффициентов правой части С1

и С2

и коэффициентов при неизвестной величине С
:



ΔС

- определитель системы уравнений (17), составляемый из коэффициентов при неизвестной величине А
и из коэффициентов правой части С1

и С2

:



Учитывая вышеприведенные формулы, получим следующие выражения:


,


которые после несложных преобразований примут вид:



Тогда, учитывая выражения (18) и (19), значения величин А
и С
будут определяться формулами:


(20)


(21)


в которых введены обозначения:


(22)


(23)


4. Общий интеграл (8) дифференциального уравнения (7), являющийся выражением, описывающим характер изменения прогиба W(x)
по длине рассматриваемой однопролётной статически неопределимой балки, после подстановки значений величин А
и С,
запишется:



5. Общий интеграл приведенный к виду с безразмерными значениями переменного аргумента:


(24)


6. Значения изгибающих моментов M(x)
, действующих на балку в любом сечении по её длине, определяются второй производной по прогибу балки, которая учитывая полученную формулу (24) преобразуется к виду:



или к выражению, содержащему «безразмерную» переменную величину, равную отношению «х/L
»:


(25)


На основании формулы (25) может быть построена эпюра значений изгиба

ющих моментов M(x)
.


Для определения экстремального значения изгибающего момента в пролёте балки Mпр

необходимо в первую очередь определить значение координаты (xпр
)

расположения этого изгибающего момента Mпр

. Для определения значения координаты (xпр
)

необходимо получить выражение для первой производной от выражения (25):


(26)


Тогда значение координаты (xпр
)

, где изгибающий момент будет иметь экстремальное значениеMпр,
определится из условия:



или, учитывая выражение (26), из следующего уравнения:


,


откуда


(xпр
) (27)


Тогда экстремальное значениеMпр
будет равно:


(28)


Наибольшее значение изгибающий момент M(x), исходя из характера его распределения по длине балки, может иметь или в районе упругой заделки при х = L
(значениеMоп
) или при x = xпр
(значениеMпр
).


Значение Mоп

определим из выражения (25), подставляя в последнее значение координаты х = L:


(29)


7. Коэффициент опорной пары æ
определяется отношением значения изгибающего момента, действующего в районе упругой заделки Mоп

, к значению изгибающего момента в этом районе при условии абсолютно жёсткого защемления Mжз

:


æ (30)


Значение изгибающего момента Mжз

в районе упругой заделки в предположении его абсолютно жёсткого защемления определится из формулы (29), если в последней предположить, что коэффициент податливости заделки or
равен нулю:


, (31)


тогда на основании формул (29), (30), (31) получим выражение, определяющее значение коэффициента опорной пары æ
упруго защемлённого конца рассматриваемой статически неопределимой однопролётной балки:


æ (32)


Из формулы (32) может быть установлена зависимость коэффициента податливости упругой заделки or
через значения коэффициента опорной пары æ:


(33)


Использование формулы (33) позволяет выразить значения коэффициентов АI
и СI
при постоянных интегрирования А и С, определяемых формулами (22) и (23), выражениями, содержащими только значения коэффициентов опорной пары æ:


(34)


(35)


Тогда экстремальное значения изгибающего момента в пролёте балки Mпр

и значения опорного изгибающего момента в районе упругого защемления Mоп

будут определяться соответственно следующими выражениями через значения коэффициентов опорной пары æ:


(36)


(37)


А значение координаты (xпр
)

расположения экстремального значения изгибающего момента в пролёте балки Mпр

в соответствии с формулой (27) определится выражением:


(38)


8. Значения перерезывающих сил
N (x)
, действующих на балку в любом сечении по её длине, определяются известной зависимостью Журавского:


,


которая, учитывая формулу (25), для рассматриваемой однопролётной статически неопределимой балки преобразуется к виду:


(39)


Из формулы (39) следует, что перерезывающие силы распределяются по длине балки по линейному закону, то есть по прямой линии, поэтому для построения эпюры перерезывающих сил достаточно определить значения перерезывающей силы в двух крайних точках, а именно в начале координат:


(40)


и в районе упругой заделки (при x = L):


(41)


Откуда видно, что выполняется следующее очевидное соотношение



9. Расчет значений параметров изгиба однопролетной балки со свободно опертым
и упруго защемленным концами.


В этом случае, исходя из формул (34) и (35)


;


,


а координата (xпр
) расположения экстремального значения изгибающего момента в пролёте балки Mпр

в соответствии с формулой (27) будет равна:



или в безразмерном относительном виде:


0.383


Экстремальное значение изгибающего момента в пролёте балки Mпр

и значение опорного изгибающего момента в районе упругого защемления Mоп

в соответствии с формулами (25) и (29) будут равны:


Mпр
=M(260,8) - 755359 кг*с*см


1194621 кг*с*см


Определим значение перерезывающей силы в начале координат (на левой опоре) на основании формулы (40):


N(0) = - 5791 H.


На основании формулы (41) определим значение перерезывающей силы в районе упругого защемления балки (на правой опоре):


N(L) = 9305 H.


Отметим, что перерезывающая сила N
в районе действия экстремального значения изгибающего момента Mпр

в пролёте балки имеет нулевое значение:


,00 Н.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Расчёт параметров изгиба однопролётной балки со свободно опертым и упруго защемленным концами

Слов:1206
Символов:10684
Размер:20.87 Кб.