СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ — (тесты, лекции, учебники, методички, программы)

Примеры решения задач на построение эпюр М и Q

Технический портал, посвященный Сопромату и истории его создания

Последовательность решения задач на построение эпюр:

1) определить реакции опор балки (по двум уравнениям моментов: одно – относительно левой опоры, второе – относительно правой), а затем обязательно проверить правильность решения по уравнению проекций на ось, перпендикулярную балке. Следует помнить, что допущенная ошибка при определении опорных реакций не позволит правильно решить задачу;

2) построить эпюру поперечных сил (можно использовать метод построения по характерным сечениям либо точкам);

3) построить эпюру изгибающих моментов (методы построения аналогичны);

4) произвести проверку правильности построения эпюр согласно дифференциальных зависимостей (см.«Правила построения эпюр и их проверки»).

Для определения опорных реакций стоит напомнить следующее.

Порядок их определения зависит от типа балки. Простые балки бывают трех типов:

а) балки-консоли

Для определения реакций составляются два уравнения:

(1) ∑у = 0, откуда находят реакцию А,

С целью контроля проверяется уравнение ∑М(В) = 0, где В –любая выбранная произвольно точка на балке

б) балки на двух опорах

Для определения реакций составляется два уравнения:

С целью контроля проверяется уравнение проекций ∑у=0.

в) балка на двух опорах с консолями

Здесь реакции определяются точно так же, что и в случае б).

Сопромат для чайников – основы, формулы и задачи

Многочисленные учебники «Cопромат для чайников» создают для развенчания мифа о непостижимой сложности дисциплины. Этой наукой пугают на первых курсах вузов. Для начала расшифруем грозный термин «сопротивление материалов».

На деле – проста и решение почти не выходит за рамки школьной задачи о растяжении и сжатии пружины. Другое дело – найти слабое звено конструкции и свести расчет к несложной постановке. Так что не стоит зевать на лекциях по основам механики. При подготовке к урокам можно пользоваться решениями онлайн, но на экзаменах помогут только свои знания.

Что такое сопромат

Это методика расчета деталей, конструкций на способность выдерживать нагрузки в требуемой степени. Или хотя бы для предсказания последствий. Не более, хотя почему-то относят руководство к наукам.

Читайте также:  Требования к объёму и размещению огнетушителей в автомобиле Автомобиль - это интересно!

Этой «наукой» прекрасно владели древнегреческие и древнеримские инженеры, сооружавшие сложнейшие механизмы. Понятия не имея о структуре, уравнении состояния вещества и прочих теориях, египтяне строили исполинские плотины и пирамиды.

Основные задачи по сопротивлению материалов

Задача следует напрямую из определения. А вот каковы критерии упомянутого слова «выдерживать»? Неясно, что скрывается под «материалом» и как реальные вещи схематизировать.

Требования

Перечислены далеко не все, но для статики и базовой программы хватит:

Прочность – способность образца воспринимать внешние силы без разрушения. Слегка мнущаяся под весом оборудования подставка никого не интересует. Основную-то функцию она выполняет.

Жесткость – свойство воспринимать нагрузку без существенного нарушения геометрии. Гнущийся под силой резания инструмент даст дополнительную погрешность обработки. К ошибке приведет деформация станины агрегата.

Устойчивость – способность конструкции сохранять стабильность равновесия. Поясним на примере: стержень находится под грузом, будучи прямым – выдерживает, а чуть изогнется – характер напряжения изменится, груз рухнет.

Материал и силы

Как всякая методика, сопромат принимает массу упрощений и прямо неверных допущений:

материал однороден, среда сплошная. Внутренние особенности в расчет не берутся;

свойства не зависят от направления;

образец восстанавливает начальные параметры при снятии нагрузки;

поперечные сечения не меняются при деформации;

в удаленных от места нагрузки местах усилие распределяется равно по сечению;

результат воздействия нагрузок равен сумме последствий от каждой;

деформации не влияют на точки приложения сил;

отсутствуют изначальные внутренние напряжения.

Схемы

Служат для создания возможности расчета реальных конструкций:

тело – объект с практически одинаковыми «длина х ширина х высота»;

брус (балка, стержень, вал) – характеризуется значительной длиной.

На рисунке показаны опоры с воспринимаемыми реакциями (обозначены красным цветом):

Рис. 1. Опоры с воспринимаемыми реакциями:

а) шарнирно-подвижная;

б) шарнирно-неподвижная;

в) жесткая заделка (защемление).

Силы в сопромате

Приложенные извне, уравновешиваются возникающими изнутри. Напомним, рассматривается статическая ситуация. Материал «сопротивляется».

Разделим нагруженное тело виртуальным сечением P (см. рис. 2).

Заменим хаос равнодействующей R и моментом M (см. рис. 3):

Распределив по осям, получим картину нагрузки сечения (см. рис. 4):

Нагрузки и деформации, изучаемые в сопромате

Изучим несколько принятых терминов.

Напряжения

В теле приложенные силы распределяются по сечению. Нагружен каждый элементарный «кусочек». Разложим силы:

Элементарные усилия таковы:

σ – «сигма», нормальное напряжение. Перпендикулярно сечению. Характерно для сжатия / растяжения;

τ – «тау», касательное напряжение. Параллельно сечению. Появляется при кручении;

p – полное напряжение.

Просуммировав элементы, получим:

N – нормальная сила;

A – площадь сечения.

Читайте также:  Lifan 320 Smily (Лифан Смайли 320), 2

В принятой в России системе СИ сила измеряется в ньютонах (Н). Напряжения – в паскалях (Па). Длины в метрах (м).

Деформации

Различают деформацию упругую (с индексом «e») и пластическую (с индексом «p»). Первая исчезает по снятии растягивающей / сжимающей силы, вторая – нет.

Полная деформация будет равна:

Деформация относительная обозначается «ε» и рассчитывается так:

Под «сдвигом» понимается смещение параллельных слоев. Рассмотрим рисунок:

Здесь γ – относительный сдвиг.

Виды нагрузки

Растяжение и сжатие – нагрузка нормальной силой (по оси стержня).

Кручение – действует момент. Обычно рассчитываются передающие усилия валы.

Изгиб – воздействие направлено на искривление.

Основные формулы

Базовый принцип сопромата единственный. В упомянутой задаче о пружине применим закон Гука:

E – модуль упругости (Юнга). Величина зависит от используемого материала. Для стали полагают равным 200 х 10 6 Па.

Сопротивление материала прямо пропорционально деформации:

Закон верен не всегда и не для всех материалов. Как уже упоминалось, принимается как одно из допущений.

Реальная диаграмма

Растяжение стержня из низкоуглеродистой стали выглядит следующим образом:

Принимаемые схемы:

График (б) относится к большей части конструкционных материалов: подкаленные стали, сплавы цветных металлов, пластики.

Расчеты обычно ведут по σт (а) и σ0.2 (б). С незначительными пластическими деформациями конструкции или без таковых.

Пример решения задачи

Какой груз допустимо подвесить на пруток из стали 45 Ø10 мм?

σ0,2 для стали 45 равна 245 МПа (из ГОСТ).

Площадь сечения прутка:

Допустимая сила тяжести:

Для получения веса следует разделить на ускорение свободного падения g:

Ответ: необходимо подвесить груз массой 1950 кг.

Как найти опасное сечение

Наиболее простой способ – построение эпюры. На закрепленную балку действуют точечные и распределенные силы. Считаем на характерных участках, начиная с незакрепленного конца.

Усилие положительно, если направлено на растяжение.

На схеме показано, что:

на участке (7 – 8) действует сжатие 30 кН;

на (2 – 3) – растяжение 20 кН.

Зачем и кому нужен сопромат

Даже не имеющий отношения к прочностным расчетам инженер-универсал должен иметь понятие о приблизительных (на 10-20%) значениях. Знать конструкционные материалы, представлять свойства. Чувствовать заранее слабые места агрегатов.

Совершенно необходим разработчикам различных конструкций, машиностроительных изделий. Будущим архитекторам в вузах преподается в виде предмета «Строительная механика».

Методика помогает на стадии проектирования обеспечивать необходимый запас прочности изделий. Стойкость к постоянным и динамичным нагрузкам. Это сберегает массу времени и затрат в дальнейших изготовлении, испытании и эксплуатации изделия. Обеспечивает надежность и долговечность.

Сопромат что это такое и что изучает сопротивление материалов

Сопротивление материалов — это наука, которая занимается расчетом на прочность, жесткость и устойчивость. Три вопроса, что изучает сопротивление материалов, как наука.

Читайте также:  Не заводится Нива Шевроле причины, как исправить

Да, всего три вопроса, а вот каково разнообразие этих расчетов, например на прочность:

  • при растяжении-сжатии
  • при изгибе
  • при кручении
  • при сдвиге
  • при срезе
  • при смятии
  • сложное сопротивление (когда действует несколько деформаций одновременно)

После расчета на прочность нужно провести расчет на жесткость.

Что изучает сопротивление материалов — видео урок

Видео урок в котором объясняется что изучает сопротивление материалов и о чем предмет сопротивление материалов находится внизу страницы.

Расчет на прочность

При расчете на прочность мы даем ответ вопрос: выдержит ли, не разрушится ли (сломается) наша конструкция, тело, объект.

Расчет на жесткость

Дает ответ на второй вопрос: не будет ли прогиб, растяжение-сжатие, или другой вид деформации слишком большим. Конечно же не комфортно ходить по полу в доме, который прогибается под ногами. Или когда крыша над головой «висит». Это и есть не жесткая конструкция. Она прочная, выдерживает, не «ломается», но, при этом, не жесткая.

Расчет на устойчивость

Расчет на устойчивость дает ответ на еще один вопрос. Часто, колонны, поддерживающие крыши, балконы и другие конструкции, бывают большой длины (высоты). В механических конструкциях тоже встречаются различные стержни, которые тонкие и длинные. Так вот, это и есть гибкость, такое понятие, которое определяется двумя показателями — длина и тонкое сечение. Ну линейка, например (только длинная сантиметров на 100). Если к ней приложить нагрузку на сжатие, то увеличивая ее все больше и больше в определенный момент времени, она изогнется. Это явление называют потеря устойчивости. Она еще не «сломалась», но уже не такая какой мы ее запроектировали в конструкции. А это мы должны заранее предусмотреть и рассчитать.

Какие бывают виды деформации

В нашей жизни, в природе, в строительных конструкциях, машинах и механизмах внешние воздействия: ветер, собственный вес объекта, вес других предметов и объектов вызывают различные изменения, которые мы называем деформацией. А деформации, которые возникают, разделяют на соответствующие виды:

  • растяжение — сжатие
  • изгиб
  • кручение

Есть и другие, но пока остановимся на том, что названо. Так вот определение изменения усилий, вызывающих эти деформации, построение графиков этих изменений — называют построением эпюр внутренних усилий. Об этом сняты видео в соответствующих разделах. Так например при изгибе строят эпюры изгибающих моментов M и поперечных сил Q. При растяжении сжатии — строят эпюры продольных сжимающих и растягивающих внутренних усилий N. Пример решения такой задачи, на построение эпюр приведен по ссылке выше. Ну и в задачах на кручение — строят эпюры крутящих моментов.

Ссылка на основную публикацию
Советская реклама рекламный фильм «Новый легковой автомобиль ГАЗ-24» (1970 год) Александр Сальников
На заправке в поселке Белый Ключ произошел хлопок газа пострадали двое По данным ТАСС, хлопок газа произошел 1 июля на...
Смартфоны с лучшими GPS-модулями Tablets24
Лучшие смартфоны с GPS ТОП 10, обзор моделей, рейтинг Телефонов с модулями GPS много – ими оснащены бюджетники и флагманы,...
Смена стандартного кода аварийного отключения тревоги Starline A93
Как отключить сигнализацию Старлайн А91 без брелка с помощью кнопки Валет Охранная система на машине – полезная вещь. Современные сигнализации...
Советы по зимней эксплуатации и хранению Аккумулятора Аккумуляторный дом
Какая должна быть плотность электролита в аккумуляторе автомобиля Аккумуляторная батарея для автомобиля выступает жизненно важным элементом, обеспечивающим электромеханическое функционирование транспортного...
Adblock detector