Задачи по сопромату Сварная балка Расчет толстостенных труб Упругий удар Неупругое деформирование Лабораторный практикум Лабораторные работы Строительная механика Расчет шпренгельных ферм Бесшарнирная арка

Задачи по сопротивлению материалов

Упругий удар

Под ударом понимают резкое изменение скорости соприкасающихся тел в течение малого отрезка времени. Приближенная («техническая») теория удара базируется на двух основных гипотезах:

а) кинетическая энергия тела, производящего удар, полностью переходит в потенциальную энергию тела, по которому наносится удар (пренебрегают тепловой энергией и др.);

б) распределение напряжений и деформаций по объему тела при ударе принимается таким же, как и при статическом нагружении (пренебрегают волновыми процессами и др.).

Общий прием расчета напряжений и перемещений при ударе состоит в том, что, принимая гипотезу б), проводят статический расчет, а ударное воздействие учитывают динамическим коэффициентом kd , который рассчитывают на основе гипотезы а). Таким образом, динамический коэффициент представляет собой по существу отношение динамических величин (напряжений, перемещений) к соответствующим статическим, т.е.

   или  (7.2.1)

При ударе, вызванном падением некоторого груза с высоты Н на элемент конструкции, величина динамического коэффициента рассчитывается по формуле

  (7.2.2)

где Δst – статическое перемещение сечения элемента конструкции, вызванное силой веса падающего груза.

Так, при продольном ударе, например, от падения груза на конец призматического стержня (рис. 7.2.1)

При изгибном ударе, например, показанном на рис. 7.2.2, а, статический прогиб будет

а для случая, показанного на рис. 7.2.2, б, имеем


Можно показать, что при скручивающем ударе (рис. 7.2.3) получим

  Условие прочности при ударе имеет вид

 σd, max = σst, max kd Radm (7.2.3)

или 

 τd, max = τst, max kdτadm. (7.2.4)

Формула (7.2.2) используется в случаях, когда масса упругого тела, испытывающего удар, мала и ею в расчете пренебрегают.

При необходимости учета массы тела, испытывающего удар, формула для расчета динамического коэффициента принимает вид

  (7.2.5)

где mг – масса падающего груза, mпр – приведенная масса тела, испытывающего удар, причем

 mпр = αm, (7.2.6)

где m – истинная (распределенная) масса тела; α – коэффициент привидения распределенной массы к точечной. Он определяется путем сравнения кинетической энергии тела с распределенной и с точечной массами. Коэффициент α зависит от вида удара (продольный, изгибный и т.п.) и от характера закрепления концов стержня.

Так, для консольной балки, испытывающей продольный удар (рис. 7.2.4, а), α = 0,33; для шарнирно опертой балки на двух опорах, испытывающей удар посередине (рис. 7.2.4, б), α = 17/350,5; для консольной балки, испытывающей изгибный удар (рис. 7.2.4, в),

 α = 33/1400,235 и т.д.

Задача 7.2.1. Груз весом Р = 2 кН, скользя без трения вдоль стального бруса, падает на приваренную к нему жесткую пластину и вызывает ударное растяжение бруса. Площадь поперечного сечения бруса А = 0,0005 м2 (рис. 7.2.5, а), его длина l = 1,8 м, модуль продольной упругости материала бруса Е = =2·105 МПа; высота падения груза Н равна 0,02 м.

Требуется определить максимальное нормальное напряжение в брусе в момент его наибольшей деформации. Собственной массой стального бруса, испытывающего удар, пренебречь.

  Решение. Определим величину Δst (рис. 7.5.2, б)

Рассчитываем динамический коэффициент, используя формулу (7.2.2)

Определяем статическое нормальное напряжение

Находим максимальное динамическое напряжение

σd,max = σst kd = 4·35,2 = 140,8 МПа.

Действие динамических нагрузок Динамической считается такая нагрузка, положение, направление и интенсивность которой зависят от времени, так что необходимо учитывать силы инерции тела в результате ее действия. При этом конструкции или их элементы совершают движения, простейшим видом которых являются колебания. Из различных задач динамики конструкций здесь рассматриваются задачи на действие инерционных и ударных нагрузок, а также задачи на упругие свободные колебания систем с одной степенью свободы.

Инерционные нагрузки В случае, когда динамическое нагружение характеризуется наличием ускорений частиц тела, необходимо учитывать возникающие в них силы инерции, направленные в сторону, противоположную направлению ускорения. Такое нагружение испытывают твердые деформируемые тела, например, при неравномерном поступательном или при равномерном вращательном движении. Указанные силы инерции добавляют к внешним нагрузкам, к собственному весу тела, и далее расчет ведется как и для статического нагружения.

Задача. Груз весом Р = 200 Н падает с высоты Н = 0,3 м посередине на шарнирно опертую двухопорную деревянную балку квадратного поперечного сечения со стороной а = 15 см и длиной l = 3 м. Рассчитать запас прочности балки, если модуль продольной упругости материала балки Е = 104 МПа, а предел прочности при расчете на изгиб RИ = 20 МПа. Собственной массой балки, испытывающей удар, пренебречь.

Упругие колебания систем с одной степенью свободы Упругими колебаниями называют движения упругих тел, представляющие собой периодические отклонения их относительно положения равновесия. Колебания, вызванные некоторым начальным воздействием и совершаемые затем под действием собственных сил упругости, называют свободными или собственными. Колебания, происходящие под воздействием внешних периодических сил, называются вынужденными.


Сопромат Опытная проверка теории косого изгиба