- Решение плоской задачи о.К. Мора Прямая задача Мора
- Обратная задача Мора
- Определение прогибов и углов поворотов методом Мора
- Получение формулы интеграла Мора
- порядок вычисления перемещений методом Мора:
- Вычисление интеграла Мора пример
- определение прогиба с помощью интеграла Мора
- Определение угла поворота методом Мора
- метод Верещагина
Решение плоской задачи о.К. Мора Прямая задача Мора
Прямая задача Мора – это задача определения напряжений на произвольной площадке по известным главным напряжениям. Рассмотрим элементарный объем, находящийся в условиях объемного напряженного состояния, причем грани этого объема являются главными площадками. Секущей площадкой, параллельной главному напряжению σ2, выделим из этого объема треугольную призму: Для определения напряжений на произвольной секущей площадке, рассмотрим переднюю грань призмы
Запишем уравнения равновесия для системы сил, действующей на грани призмы. Для оси, касательной к наклонной площадке
:
. Сокращая общие множители и умножая все слагаемые на
, получим
,
. (2.2) Для оси, нормальной к наклонной площадке
:
, откуда
. Проведем следующие преобразования:
и получим:
. (2.3) Возведем в квадрат каждую часть полученных выражений (2.2) и (2.3):
,
. Суммируя попарно левые и правые части, получим:
. Это уравнение в координатах является уравнением окружности с центром в точке
,
и радиусом
:
Полученная окружность называется кругом напряженийиликругом Мора. Круг Мора пересекает ось абсцисс в точках с координатами1и3. Определим координаты точки D:
, (2.4)
, (2.5) что совпадает с полученными ранее формулами (2.2) и (2.3). Таким образом, каждой площадке, наклоненной под углом к главным площадкам, на круге Мора соответствует определенная точка. Радиус этой точки составляет с осью абсцисс угол 2, а ее координаты определяют напряжения на площадкеи. Задача. В стержне с площадью поперечного сечения A=5х10 4 м 2 , растягиваемом силойF = 50 кН, определить нормальное и касательное напряжения, возникающие на площадке, наклоненной под углом
к поперечному сечению стержня:
В точках поперечного сечения возникают только нормальные напряжения, то есть площадка элементарного объема в окрестностях точки, совпадающая с этим сечением, является главной:
, остальные главные напряжения отсутствуют, т.е. это одноосное напряженное состояние. Найдем напряжения на наклонной площадке.
Вектор полного напряжения p, действующий на этой площадке, можно разложить на две составляющие: нормальнуюи касательную, для определения величины которых воспользуемся кругом Мора. Наносим в координатах точки, соответствующие главным напряжениям
и
, и на этих точках, как на диаметре, строим круг Мора:
Откладывая от оси абсцисс против часовой стрелки двойной угол , получаем на круге точку, отображающую состояние на наклонной площадке. Координаты этой точки являются искомыми напряжениями и вычисляются по формулам (2.4) и (2.5):
,
.
Обратная задача Мора
Обратная задача Мора состоит в определении главных напряжений по известным напряжениям на произвольной площадке. Рассмотрим её на конкретном примере. Задача. Определить главные напряжения в опасной точке стержня, подвергающегося совместному действию изгиба и кручения: Построив эпюры внутренних силовых факторов, заключаем, что опасным сечением стержня является сечение заделки, в котором действует наибольший по величине изгибающий момент Mx. Для нахождения опасной точки в опасном сечении рассмотрим распределение нормальных и касательных напряжений по опасному сечению:
В данном случае имеется две равноопасные точки – BиC, в которых действуют максимальные нормальные и касательные напряжения, одинаковые по величине, но разные по направлению. Рассмотрим напряженное состояние в точкеВ, выделив в её окрестности элементарный объем и расставив вектора напряжений
и
на его гранях.
Величины напряжений
и
можно определить по формулам:
,
. Рассмотрим выделенный куб со стороны грани, свободной от напряжений (сверху):
Обозначим две взаимно перпендикулярные площадки и. На площадкедействуют нормальное
и касательное напряжение
. На площадкедействуют только касательное напряжение
(согласно закону парности касательных напряжений). Порядок построения круга Мора:
- В системе координат нанести точки с координатами
(,) и
(,). При этом нормальное напряжение считается положительным, если оно вызывает растяжение, а касательное – если оно действует по часовой стрелке относительно центра элемента.
- Соединить полученные точки DиDотрезком. Точка пересечения этого отрезка с осью абсциссOявляется центром круга Мора.
- Построить окружность с центром в точке Oи радиусомOD. Координаты точек пересечения окружности с осью абсцисс дают величины главных напряжений (в нашем случае, и).
- Пересечение площадок (горизонталь) и(вертикаль) дает положение полюса площадок круга МораPпл(точка, в которой пересекаются все площадки).
- Провести из полюса Pпллучи через точки (, 0) и (, 0). Эти лучи задают положение главных площадок.
Наносим положение главных площадок и направление главных напряжений на рассматриваемую площадку:
Радиус круга Мора
, тогда главные напряжения
,
.
Источник
Определение прогибов и углов поворотов методом Мора
Интеграл Мора позволяет определять прогибы и углы поворота заданного сечения балки, используя интегральное исчисление. Хотя данный метод предпочтительнее метода начальных параметров, он неудобен из-за необходимости вычисления интеграла. Из интеграла Мора был получен удобное для практического применения правило Верещагина, при котором не нужно вычислять интегралы, а только нужно находить площадь и центр тяжести эпюр.
Получение формулы интеграла Мора
Рассмотрим балку, изображенную на рис. 15.6, а. Обозначим и
, соответственно, изгибающий момент и поперечную силу, возникающие в заданной балке от действующей на нее группы нагрузок P. Пусть требуется определить прогиб балки (
) в точке K.
Введем в рассмотрение вспомогательную балку (та же балка, но нагруженная только единичной силой либо единичным изгибающим моментом). Нагрузим ее только одной силой (рис. 15.6, б). Единичную силу приложим в точке K, где нужно определить прогиб.
Внутренние усилия, возникающие во вспомогательной балке, обозначим и
.
Воспользуемся теперь теоремой о взаимности работ, согласно которой работа внешних сил, приложенных к вспомогательной балке на соответствующих перемещениях заданной балки равна взятой с обратным знаком работе внутренних сил заданной балки на соответствующих перемещениях вспомогательной балки. Тогда .
При определении перемещений в балке, как правило, можно пренебрегать влиянием поперечной силы, ( не учитывать второе слагаемое).
Тогда, учитывая, что , окончательно получим формулу интеграла Мора :
.
Определение перемещений по формуле интеграла Мора часто называют определением перемещений методом Мора , а саму формулу – интегралом Мора .
Входящие в интеграл Мора изгибающие моменты берутся в произвольном поперечном сечении и поэтому представляют собой аналитические функции от текущей координаты z.
Заметим, что если мы хотим в этой же точке K определить угол поворота поперечного сечения (), то нам необходимо к вспомогательной балке приложить не единичную силу, а единичный момент
(рис. 15.6, в).
порядок вычисления перемещений методом Мора:
· к вспомогательной балке в той точке, где требуется определить перемещение, прикладываем единичное усилие. При определении прогиба прикладываем единичную силу , а при определении угла поворота – единичный момент
;
· для каждого участка балки составляем выражения для изгибающих моментов заданной () и вспомогательной (
) балок;
· вычисляем интеграл Мора для всей балки по соответствующим участкам;
· если вычисленное перемещение имеет положительный знак, то это означает, что его направление совпадает с направлением единичного усилия. Отрицательный знак указывает на то, что действительное направление искомого перемещения противоположно направлению единичного усилия.
Вычисление интеграла Мора пример
Пусть для шарнирно опертой балки постоянной изгибной жесткости , длиной l, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью q (рис. 15.7, а), требуется определить прогиб посредине пролета (
) и угол поворота на левой опоре (
).
определение прогиба с помощью интеграла Мора
В том месте, где нам нужно определить прогиб, к вспомогательной балке прикладываем единичную силу (рис. 15.7, б).
Записываем выражения для изгибающих моментов для каждого из двух участков (
) заданной и вспомогательной балок:
.
.
Вычисляем интеграл Мора . Учитывая симметрию балки, получим:
.
Определение угла поворота методом Мора
Нагружаем вспомогательную балку единичным моментом , прикладывая его в том месте, где мы ищем угол поворота (рис. 15.7, в).
Записываем выражения для изгибающих моментов в заданной и вспомогательной балках только для одного участка ():
;
.
Тогда интеграл Мора будет иметь вид:
.
Положительный знак в выражении для угла поворота поперечного сечения балки указывает на то, что поворот сечения происходит по направлению единичного момента .
Источник
метод Верещагина
Определить перемещение точки К балки (см. рис.) при помощи интеграла Мора.
1) Составляем уравнение изгибающего момента от внешней силы MF.
2) Прикладываем в точке К единичную силу F = 1.
3) Записываем уравнение изгибающего момента от единичной силы .
Определить перемещение точки К балки по способу Верещагина.
2) Прикладываем в точке К единичную силу.
;
;
Определить углы поворота на опорах А и В для заданной балки (см. рис.).
Строим эпюры от заданной нагрузки и от единичных моментов, приложенных в сечениях А и В (см. рис.). Искомые перемещения определяем с помощью интегралов Мора
,
, которые вычисляем по правилу Верещагина.
C1 = 2/3, C2 = 1/3,
а затем и углы поворота на опорах А и В
Определить угол поворота сечения С для заданной балки (см. рис.).
Определяем опорные реакции RA=RB,
,
, RA = RB = qa.
Строим эпюры изгибающего момента от заданной нагрузки и от единичного момента, приложенного в сечении С, где ищется угол поворота. Интеграл Мора вычисляем по правилу Верещагина. Находим параметры эпюр
C2 = —C1 = -1/4,
а по ним и искомое перемещение
.
Определить прогиб в сечении С для заданной балки (см. рис.).
1. Построение эпюр изгибающих моментов.
Эпюра MF (рис. б)
ВЕ: ,
,
, RB + RE = F, RE = 0;
АВ: , RА = RВ = F;
,
.
Вычисляем моменты в характерных точках , MB = 0, MC = Fa и строим эпюру изгибающего момента от заданной нагрузки.
Эпюра (рис. в).
В сечении С, где ищется прогиб, прикладываем единичную силу и строим от нее эпюру изгибающего момента, вычисляя сначала опорные реакции ВЕ —
,
,
= 2/3;
,
,
= 1/3, а затем моменты в характерных точках
,
,
.
2. Определение искомого прогиба. Воспользуемся правилом Верещагина и вычислим предварительно параметры эпюр и
:
,
.
Определить прогиб в сечении С для заданной балки (см. рис.).
Строим эпюры изгибающих моментов от заданной нагрузки и от единичной силы, приложенной в точке С. Пользуясь правилом Верещагина, вычисляем параметры эпюр ,
.
Определить прогиб в сечении С для заданной балки (см. рис.).
1. Построение эпюр изгибающих моментов.
,
, RA = 2qa,
, RA + RD = 3qa, RD = qa.
Строим эпюры изгибающих моментов от заданной нагрузки и от единичной силы, приложенной в точке С.
2. Определение перемещений. Для вычисления интеграла Мора воспользуемся формулой Симпсона, последовательно применяя ее к каждому из трех участков, на которые разбивается балка.
Участок АВ:
Участок ВС:
Участок СD:
.
Определить прогиб сечения А и угол поворота сечения Е для заданной балки (рис. а).
1. Построение эпюр изгибающих моментов.
Эпюра МF (рис. в). Определив опорные реакции
,
, RB = 19qa/8,
, RD = 13qa/8, строим эпюры поперечной силы Q и изгибающего момента МF от заданной нагрузки.
Эпюра (рис. д). В сечении А, где ищется прогиб, прикладываем единичную силу и строим от нее эпюру изгибающего момента.
Эпюра (рис. е). Эта эпюра строится от единичного момента, приложенного в сечении Е, где ищется угол поворота.
2. Определение перемещений. Прогиб сечения А находим, пользуясь правилом Верещагина. Эпюру МF на участках ВС и CD разбиваем на простые части (рис. г). Необходимые вычисления представляем в виде таблицы.
Источник