MP przyk1 id 309051 Nieznany

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

1

ROZWIĄZANIE RAMY METODĄ PRZEMIESZCZEŃ


Ramę pokazaną na rysunku rozwiązać
metodą przemieszczeń. Dokonać kontroli
rozwiązania.









1. WYZNACZENIE STOPIENIA GEOMETRYCZNEJ NIEWYZNACZALNOŚCI

WYZNACZENIE LICZBY STOPNI
SWOBODY OBROTU WĘZŁÓW

ϕ

n

.

W celu wyznaczenia

ϕ

n

dokonujemy podziału układu na elementy,
dla których dane są wzory transformacyjne,
co pokazano na rysunku obok.

Z przyjętego podziału na elementy

wynika, że
dla pręta 1-2 (sztywno-sztywny) stosować
będziemy wzory transformacyjne w postaci

(

)

o

M

L

EI

M

12

12

21

12

12

12

12

6

2

4

+

+

=

ψ

ϕ

ϕ

,

(

)

o

M

L

EI

M

21

12

12

21

12

12

21

6

2

4

+

+

=

ψ

ϕ

ϕ

,

dla pręta 2-3 (sztywno-sztywny) stosować będziemy wzory transformacyjne w postaci

(

)

o

M

L

EI

M

23

23

32

23

23

23

23

6

2

4

+

+

=

ψ

ϕ

ϕ

,

(

)

o

M

L

EI

M

32

23

23

32

23

23

32

6

2

4

+

+

=

ψ

ϕ

ϕ

,

dla pręta 1-4 (sztywno-przegubowy) stosować będziemy wzory transformacyjne w postaci

(

)

(

)

o

o

M

L

EI

M

L

EI

M

14

14

14

14

14

14

14

14

14

14

14

3

3

0

3

+

=

+

+

=

ψ

ϕ

ψ

ϕ

,

0

41

=

M

,

dla pręta 1-5 (sztywno-łyżwa) stosować będziemy wzory transformacyjne w postaci

(

)

(

)

o

o

M

L

EI

M

L

EI

M

15

51

15

15

15

15

15

51

15

15

15

15

0

1

1

+

=

+

=

ϕ

ϕ

ψ

ϕ

ϕ

,

(

)

(

)

o

o

M

L

EI

M

L

EI

M

51

15

51

15

15

51

15

15

51

15

15

51

0

1

1

+

=

+

=

ϕ

ϕ

ψ

ϕ

ϕ

.

Uwzględniając warunki podparcia i połączenia elementów (

,

0

32

51

=

=

ϕ

ϕ

,

1

15

14

12

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

=

=

=

2

23

21

ϕ

ϕ

ϕ

=

=

) widzimy, że wszystkie kąty obrotu końców przyjętych elementów określone są przez

kąty obrotu dwóch węzłów

2

1

ϕ

ϕ

i

. Liczba stopni swobody obrotu węzłów wynosi więc n

ϕ

=

2 .


4 m

q = 0.25 F/m

2E

I

EI

EI

1.5 m

1.5 m

2 m

EI

F

F

M = 2 Fm

1

2EI

EI

EI

EI

ϕϕϕϕ

1111

ϕϕϕϕ

2222

5

4

3

2

ϕϕϕϕ

3333

= 0

ϕϕϕϕ

5555

= 0

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

2

WYZNACZENIE LICZBY STOPNI
SWOBODY PRZESUWU WĘZŁÓW
n

δ

W celu wyznaczenia n

δ

tworzymy

przegubowy model układu (rysunek obok) w
ten sposób, że wszystkie węzły zamieniamy na
przegubowe i eliminujemy przesuwy dla
elementów, w których wzorach
transformacyjnych nie występują kąty obrotu
cięciw (

ij

ψ

) dodając więzi prostopadłe do osi

prętów na końcach łyżwowych elementów
sztywno-łyżwa i na wolnych końcach
elementów wspornikowych. W
rozwiązywanym zadaniu dodano więź
zaznaczoną linią przerywaną w węźle 5.

Liczba stopni swobody przesuwu

układu przegubowego spełnia warunek

r

p

w

n

2

δ

=2*8 -7 - 8 = 1,

gdzie w - liczba węzłów, p - liczba prętów,
r - liczba więzi podporowych.
Wynika

stąd, że aby układ był

geometrycznie niezmienny należy dodać, co
najmniej 1 więź. Należy dokonać analizy
możliwych przesuwów węzłów i sprawdzić czy dodanie 1 więzi wystarczy. Jak widać na rysunku obok
dodanie 1 więzi (nr I) przekształciło przyjęty model w układ geometrycznie niezmienny.

Oznacza to, że liczba stopni swobody przesuwu wynosi

1

=

δ

n

.

Stopień geometrycznej niewyznaczalności

wynosi więc

=

+

=

δ

ϕ

n

n

n

g

2 + 1.

2. UKŁAD PODSTAWOWY

Układ podstawowy tworzymy z układu
danego przez dodanie n

ϕ

więzi rotacyjnych

i n

δ

więzi translacyjnych (w naszym

przykładzie 2 więzi rotacyjnych i 1
translacyjnej), co przekształca dany układ w
układ geometrycznie wyznaczalny
pokazany na rysunku obok.





3. ROZWIĄZANIA UKŁADU

PODSTAWOWEGO

OD

SKŁADOWYCH STANÓW OBCIĄŻEŃ

3.1 DANE

m

F

q

/

25

.

0

=

,

Fm

M

=

2

,

Fm

M

M

o

=

=

2

1

,

0

2

=

o

M

,

m

L

4

12

=

,

m

L

L

3

23

14

=

=

,

m

L

2

15

=

,

EI

EI

EI

EI

=

=

=

1

15

23

12

,

EI

EI

2

14

=

1

5

4

3

2

I

4 m

q = 0.25 F/m

2EI

EI

EI

1.5 m

1.5 m

2 m

EI

F

F

M = 2 Fm

I

1

5

4

3

2

1

5

4

3

2

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

3

3.2 ROZWIĄZANIA UKŁADU PODSTAWOWEGO OD OBCIĄŻENIA DANEGO

Należy pamiętać, że poszczególne stany obciążeń rozpatrujemy rozłącznie, to jest, że stanowi

obciążeń danych towarzyszy

0

2

1

=

=

=

I

δ

ϕ

ϕ

. Oznacza to, że do wzorów transformacyjnych

podstawiamy w tym stanie wszystkie

0

=

=

ij

ij

ψ

ϕ

.

Dla elementów przyjętych w punkcie 1 momenty brzegowe odczytujemy z tablic lub

otrzymujemy w wyniku rozwiązania metodą sił. Obciążenia działające na poszczególne elementy i
wykresy momentów zginających pokazano na rysunku poniżej. Pokazano także siły równoważne
działającym obciążeniom sprowadzone do punktów, których przemieszczenia łatwo określić.

q = 0.25 F/m

5

M = 2 Fm

F

4

M

51

M

15

2

F

3

1

M

14

M

41

=0

M

23

M

32

M

12

=0

M

21

=0

P

1

P

2

P

3

P

5

P

4

Moment M nie stanowi obciążenia żadnego pręta, gdyż obciąża węzeł nr 1.

Fm

M

M

o

2

1

=

=

.

Węzeł nr 2 nie jest obciążony, więc

0

2

=

o

M

.

Momenty brzegowe dla prętów obliczamy z odpowiednich wzorów:

=

=

6

)

2

(

2

51

m

q

M

o

0.1667 F m,

=

=

3

)

2

(

2

15

m

q

M

o

0.3333 F m,

=

+

o

o

M

M

15

51

0.5 Fm,

=

=

=

8

3

23

32

m

F

M

M

o

o

0.375 Fm,

0

32

23

=

+

o

o

M

M

,

0

21

12

=

=

o

o

M

M

,

M

M

o

o

12

21

0

+

=

,

=

=

16

3

3

14

m

F

M

o

0.5625Fm,

0

41

=

o

M

,

=

+

o

o

M

M

14

14

0.5625 Fm.

Siły równoważne mają wartości

F

m

m

F

P

5

.

0

2

/

25

.

0

1

=

=

,

F

F

P

P

P

P

5

.

0

2

/

5

4

3

2

=

=

=

=

=

.


3.3 OBCIĄŻENIE

ϕ

1

1

=

(

0

2

=

=

I

δ

ϕ

,

0

=

F

)

W tym stanie obciążenia do wzorów transformacyjnych podstawiamy:

,

1

1

1

15

1

14

1

12

1

1

=

=

=

=

=

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

j

pozostałe

,

0

1

=

ij

ϕ

,

0

=

ij

ψ

0

=

o

ij

M

,

co oznacza, że korzystamy ze wzorów o postaci

(

)

1

1

1

ji

ij

ij

ij

ij

ij

ij

b

a

L

EI

M

ϕ

ϕ

+

=

Momenty brzegowe wynoszą:

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

+

=

+

=

1

0

2

1

4

4

2

4

21

12

12

12

1

12

ϕ

ϕ

,

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

+

=

+

=

5

.

0

1

2

0

4

4

2

4

12

21

21

21

1

21

ϕ

ϕ

,

m

EI

M

M

=

+

5

.

1

2

21

2

12

,

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

4

( )

( )

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

=

=

2

1

3

2

3

3

14

14

14

1

14

ϕ

,

0

1

41

=

M

,

m

EI

M

M

=

+

2

1

41

1

14

,

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

=

=

5

.

0

0

1

3

2

51

15

15

15

1

15

ϕ

ϕ

,

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

=

=

5

.

0

1

0

3

2

15

51

15

15

1

51

ϕ

ϕ

,

0

1

51

1

15

=

+

M

M

,

(

)

(

)

0

0

2

0

4

3

2

4

32

23

23

23

1

23

=

+

=

+

=

m

EI

L

EI

M

ϕ

ϕ

,

(

)

(

)

0

0

2

0

4

3

2

4

23

32

23

23

1

32

=

+

=

+

=

m

EI

L

EI

M

ϕ

ϕ

,

0

1

23

1

32

=

+

M

M

.

3.4 OBCIĄŻENIE

1

2

=

ϕ

(

0

1

=

=

I

δ

ϕ

,

0

=

F

)

W tym stanie obciążenia do wzorów transformacyjnych podstawiamy:

,

1

2

2

2

23

2

21

=

=

=

ϕ

ϕ

ϕ

pozostałe

,

0

2

=

ij

ϕ

,

0

=

ij

ψ

0

=

o

ij

M

,

co oznacza, że korzystamy ze wzorów o postaci

(

)

2

2

2

ji

ij

ij

ij

ij

ij

ij

b

a

L

EI

M

ϕ

ϕ

+

=

Momenty brzegowe wynoszą:

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

+

=

+

=

5

.

0

1

2

0

4

4

2

4

21

12

12

12

2

12

ϕ

ϕ

,

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

+

=

+

=

1

0

2

1

4

4

2

4

12

21

21

21

2

21

ϕ

ϕ

,

m

EI

M

M

=

+

5

.

1

2

21

2

12

,

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

+

=

+

=

3333

.

1

0

2

1

4

3

2

4

32

23

23

23

2

23

ϕ

ϕ

,

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

6667

.

0

1

2

0

4

3

2

4

23

32

23

23

1

32

=

+

=

+

=

ϕ

ϕ

,

m

EI

M

M

=

+

2

2

32

2

23

,

( )

( )

0

0

3

2

3

3

14

14

14

2

14

=

=

=

m

EI

L

EI

M

ϕ

,

0

1

41

=

M

,

0

2

41

2

14

=

+

M

M

,

(

)

(

)

0

0

0

3

2

51

15

15

15

2

15

=

=

=

m

EI

L

EI

M

ϕ

ϕ

,

(

)

(

)

0

0

0

3

2

15

51

15

15

2

51

=

=

=

m

EI

L

EI

M

ϕ

ϕ

, 0

2

51

2

15

=

+

M

M

.


3.5 OBCIĄŻENIE

δ

I

=

1

(

0

2

1

=

=

=

F

ϕ

ϕ

)

W tym stanie obciążenia do wzorów transformacyjnych podstawiamy:

,

0

=

ij

ϕ

0

=

o

ij

M

oraz kąty obrotu cięciw prętów

( )

ψ

ij

I

określone od przemieszczenia

δ

I

=

1

,

co oznacza, że korzystamy ze wzorów o

postaci

I

ij

ij

ij

ij

I

ij

L

EI

c

M

ψ

=

W celu wyznaczenia szukanych kątów obrotu
cięciw prętów oraz przemieszczeń w
miejscach przyłożenia sił równoważnych
rozpatrujemy przegubowy model układu
podstawowego (rysunek obok) bez przegubu

1

5

4

3

2

δδδδ

I

= 1

P

1

P

2

P

3

P

4

P

5

1

1

=

I

δ

0

5

4

3

2

=

=

=

=

I

I

I

I

δ

δ

δ

δ

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

5

na końcu łyżwowym elementu sztywno-łyżwa i wymuszamy przesunięcie o wartości 1 w miejscu i
kierunku dodanej więzi I. Wartości wzajemnych przesunięć końców prętów wynoszą:

0

15

=

I

,

0

14

=

I

,

0

23

=

I

,

1

12

=

I

(znak „-” gdyż obrót pręta 1-2 nastąpił w lewo).

Wartości kątów obrotów cięciw wynoszą:

0

15

15

15

=

=

L

I

I

ψ

,

0

14

14

14

=

=

L

I

I

ψ

,

0

23

23

23

=

=

L

I

I

ψ

,

m

L

I

I

4

1

12

12

12

=

=

ψ

.

Wartości przemieszczeń w miejscach przyłożenia sił równoważnych wynoszą:

1

1

=

I

δ

,

0

5

4

3

2

=

=

=

=

I

I

I

I

δ

δ

δ

δ

.

W celu sprawdzenia wartości kątów obrotu
cięciw prętów wykorzystamy związki
kinematyczne w postaci

=

ij

ij

ij

Lx

0

ψ

,

i

=

ij

ij

ij

Ly

0

ψ

, które muszą być

spełnione dla każdego zamkniętego
ukierunkowanego ciągu prętów.

W rozwiązywanym zadaniu

otrzymujemy (po uwzględnieniu
fundamentu) 2 zamknięte ciągi prętów
(rysunek obok), co daje 4 równania.
Wykorzystując dane

m

Lx

Lx

2

15

51

=

=

,

0

15

51

=

=

Ly

Ly

,

0

41

14

=

=

Lx

Lx

,

m

Ly

Ly

3

41

14

=

=

,

m

Lx

Lx

4

21

12

=

=

,

0

21

12

=

=

Ly

Ly

,

0

32

23

=

=

Lx

Lx

,

m

Ly

Ly

3

32

23

=

=

,

4

4

A

A

Lx

Lx

=

,

0

4

4

=

=

A

A

Ly

Ly

,

56

65

Lx

Lx

=

,

0

56

65

=

=

Ly

Ly

,

0

3

3

6

6

=

=

=

=

A

A

A

A

ψ

ψ

ψ

ψ

,

A

A

A

I

A

A

Lx

Lx

L

4

4

4

4

4

/

1

/

1

/

=

=

=

=

δ

ψ

ψ

,

,

1

4

4

=

A

A

Lx

ψ

1

4

4

=

A

A

Lx

ψ

.

otrzymujemy:

dla ciągu pierwszego

=

ij

ij

ij

Lx

ψ

=

+

+

+

A

A

Lx

Lx

Lx

Lx

4

4

14

14

51

51

65

65

ψ

ψ

ψ

ψ

0

1

0

0

2

0

65

65

=

+

+

m

Lx

ψ

(wynika stąd, że

1

65

65

=

Lx

ψ

),

=

ij

ij

ij

Ly

ψ

=

+

+

+

A

A

Ly

Ly

Ly

Ly

4

4

14

14

51

51

65

65

ψ

ψ

ψ

ψ

0

0

3

0

0

0

0

4

65

=

+

+

+

A

m

ψ

ψ

,

dla ciągu drugiego

=

ij

ij

ij

Lx

ψ

=

+

+

+

23

23

12

12

41

41

4

4

Lx

Lx

Lx

Lx

A

A

ψ

ψ

ψ

ψ

0

0

0

4

/

25

.

0

0

0

1

=

+

+

m

m

,

=

ij

ij

ij

Lx

ψ

=

+

+

+

23

23

12

12

41

41

4

4

Ly

Ly

Ly

Ly

A

A

ψ

ψ

ψ

ψ

0

3

0

0

/

25

.

0

)

3

(

0

0

4

=

+

+

m

m

m

A

ψ

.

Wszystkie równania są spełnione, więc kąty obrotu cięciw prętów wyznaczono poprawnie.
Momenty brzegowe wynoszą:

2

12

12

12

12

375

.

0

4

1

4

6

6

m

EI

m

m

EI

L

EI

M

I

=

=

=

ψ

,

2

12

12

12

21

375

.

0

4

1

4

6

6

m

EI

m

m

EI

L

EI

M

I

=

=

=

ψ

,

2

21

12

75

.

0

m

EI

M

M

I

I

=

+

,

0

0

3

6

6

23

23

23

23

=

=

=

m

EI

L

EI

M

I

ψ

,

1

3

2

4

5

x

y

1

2

A

6

4

δ

I

A

ψ

4A

L

4A

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

6

0

0

3

6

6

23

23

23

32

=

=

=

m

EI

L

EI

M

I

ψ

,

0

32

23

=

+

I

I

M

M

,

0

0

3

2

3

3

14

14

14

14

=

=

=

m

EI

L

EI

M

I

ψ

,

0

41

=

I

M

,

0

41

14

=

+

I

I

M

M

0

51

15

=

=

I

I

M

M

,

0

51

15

=

+

I

I

M

M

.

4. UKŁAD RÓWNAŃ
4.1 POSTAĆ OGÓLNA UKŁADU RÓWNAŃ STOSOWNA DO PRZYJĘTEGO UKŁADU
PODSTAWOWEGO

0

,

0

,

0

2

2

1

1

2

2

2

22

1

21

1

1

2

12

1

11

=

+

+

+

=

+

+

+

=

+

+

+

Io

I

II

I

I

o

I

I

o

I

I

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

δ

ϕ

ϕ

δ

ϕ

ϕ

δ

ϕ

ϕ

4.2 WSPÓŁCZYNNIKI UKŁADU RÓWNAŃ

=

+

+

+

=

+

=

0

1

15

1

14

1

12

1

1

1

11

M

M

M

k

M

k

j

j

ϕ

m

EI

m

EI

=

+

+

5

.

3

)

5

.

0

2

1

(

,

k

M

12

12

2

=

=

=

m

EI

5

.

0

1

21

M

,

=

+

+

=

=

I

I

I

j

I

j

I

M

M

M

M

k

15

14

12

1

1

2

2

375

.

0

)

0

0

375

.

0

(

m

EI

m

EI

=

+

+

,

=

+

+

=

=

o

o

o

o

o

j

o

j

o

M

M

M

M

M

M

k

1

15

14

12

1

1

1

Fm

Fm

=

+

+

1042

.

1

)

2

3333

.

0

5625

.

0

0

(

,

k

M

21

21

1

=

=

=

m

EI

5

.

0

2

12

M

,

=

+

+

=

+

=

0

2

23

2

21

2

2

2

22

M

M

k

M

k

j

j

ϕ

m

EI

m

EI

=

+

3333

.

2

)

3333

.

1

1

(

,

=

+

=

=

I

I

j

I

j

I

M

M

M

k

23

21

2

2

(

)

2

2

375

.

0

0

375

.

0

m

EI

m

EI

=

+

,

=

+

+

=

=

0

23

21

2

2

2

o

o

o

j

o

j

o

M

M

M

M

k

(

)

Fm

Fm

=

375

.

0

375

.

0

0

,

(

)

=

+

=

I

ij

ij

ji

ij

I

M

M

k

ψ

1

1

1

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

=

I

I

I

I

M

M

M

M

M

M

M

M

23

1

32

1
23

15

1

51

1

15

14

1
41

1

14

12

1
21

1

12

ψ

ψ

ψ

ψ

2

375

.

0

0

0

0

25

.

0

5

.

1

m

EI

m

m

EI

=

+

+

+

=

=

k

I

1

,

(

)

=

+

=

I

ij

ij

ji

ij

I

M

M

k

ψ

2

2

2

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

=

I

I

I

I

M

M

M

M

M

M

M

M

23

2

32

2

23

15

2

51

2

15

14

2

41

2

14

12

2

21

2

12

ψ

ψ

ψ

ψ

2

375

.

0

0

0

0

25

.

0

5

.

1

m

EI

m

m

EI

=

+

+

+

=

=

I

k

2

,

(

)

=

+

=

I

ij

ij

I
ji

I

ij

II

M

M

k

ψ

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

=

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

M

M

M

M

M

M

M

M

23

32

23

15

51

15

14

41

14

12

21

12

ψ

ψ

ψ

ψ

3

2

1875

.

0

0

0

0

25

.

0

75

.

0

m

EI

m

m

EI

=

+

+

+

=

,

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

7

(

)

=

+

=

p

I

p

p

I

ij

ij

o

ji

o

ij

Io

P

M

M

k

δ

ψ

(

)

(

)

(

)

+

=

+

+

+

+

+

=

0

0

0

5

.

0

0

5625

.

0

24

.

0

0

)

(

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

23

32

23

15

51

15

14

41

14

12

21

12

Fm

Fm

m

P

P

P

P

P

M

M

M

M

M

M

M

M

I

I

I

I

I

I

o

o

I

o

o

I

o

o

I

o

o

δ

δ

δ

δ

δ

ψ

ψ

ψ

ψ

F

F

F

F

F

F

5

.

0

0

5

.

0

0

5

.

0

0

5

.

0

0

5

.

0

1

5

.

0

=

.


4.3 POSTAĆ SZCZEGÓŁOWA UKŁADU RÓWNAŃ I JEGO ROZWIĄZANIE

0

5

.

0

1875

.

0

375

.

0

375

.

0

,

0

375

.

0

375

.

0

3333

.

2

5

.

0

,

0

1042

.

1

375

.

0

5

.

0

5

.

3

3

2

2

1

2

2

2

1

2

2

1

=

+

+

=

+

+

=

+

+

F

m

EI

m

EI

m

EI

Fm

m

EI

m

EI

m

EI

Fm

m

EI

m

EI

m

EI

I

I

I

δ

ϕ

ϕ

δ

ϕ

ϕ

δ

ϕ

ϕ

ϕ

1

=

0.00203

EI

Fm

2

,

ϕ

2

=

-0.3944

EI

Fm

2

,

δ

I

=

3.4514

EI

Fm

3

5. RZECZYWISTE SIŁY PRZEKROJOWE
5.1 MOMENTY BRZEGOWE

Momenty brzegowe (znakowane wg umowy statycznej) określono w tabeli poniżej na

podstawie wzoru:

o

ij

I

I

ij

ij

ij

ij

M

M

M

M

M

+

+

+

=

δ

ϕ

ϕ

2

2

1

1

M

1

ϕ

1

M

2

ϕ

2

M

I

δ

Ι

M

O

M

Mnożnik EI/m

Fm

2

/EI

EI/m

Fm

2

/EI

EI/m

2

Fm

3

/EI

Fm

Fm

M

51

=

-0.50 * 0.00203 +

0

* ( -0.3944 ) +

0

* 3.4514 + 0.1667 = 0.166

M

15

=

0.50 * 0.00203 +

0

* ( -0.3944 ) +

0

* 3.4514 + 0.3333 = 0.334

M

12

=

1.00 * 0.00203 + 0.50 * ( -0.3944 ) + 0.375 * 3.4514 +

0

= 1.099

M

21

=

0.50 * 0.00203 + 1.00 * ( -0.3944 ) + 0.375 * 3.4514 +

0

= 0.901

M

14

=

2.00 * 0.00203 +

0

* ( -0.3944 ) +

0

* 3.4514 + 0.5625 = 0.567

M

23

=

0

* 0.00203 + 1.3333 * ( -0.3944 ) +

0

* 3.4514 - 0.3750 = -0.901

M

32

=

0

* 0.00203 + 0.6667 * ( -0.3944 ) +

0

* 3.4514 + 0.3750 = 0.112

Momenty brzegowe można też wyznaczyć na podstawie wzorów transformacyjnych,

po

uprzednim określeniu rzeczywistych wartości kątów obrotów cięciw prętów na podstawie związku:

α

α

α

δ

ψ

ψ

=

ij

ij

i rzeczywistych wartości obrotów końców prętów na podstawie związku

i

ij

ϕ

ϕ

=

.

Np. dla pręta 1-2

1

12

ϕ

ϕ

=

,

2

21

ϕ

ϕ

=

,

=

=

I

I

δ

ψ

ψ

12

12

EI

Fm

EI

Fm

m

2

3

8628

.

0

4514

.

3

4

1

=

,

(

)

=

+

+

=

o

M

L

EI

M

12

12

2

1

12

12

12

6

2

4

ψ

ϕ

ϕ

Fm

EI

Fm

EI

Fm

EI

Fm

m

EI

099

.

1

0

)

8628

.

0

(

6

)

3944

.

0

(

2

00203

.

0

4

4

2

2

2

=

+





+

=

Jak widać otrzymano identyczny wynik jak poprzednio. Analogicznie można obliczyć pozostałe
momenty brzegowe.

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

8

5.2 SIŁY TNĄCE I OSIOWE ORAZ KONTROLA RÓWNAŃ RÓWNOWAGI

Siły tnące i osiowe wyznaczamy z równań równowagi prętów i węzłów.

W tym celu układ dzielimy na pręty i węzły oraz obciążamy wydzielone elementy obciążeniem danym
i na brzegach siłami przekrojowymi (określonymi już momentami i szukanymi siłami osiowymi i
tnącymi). Przedstawiono to na rysunku poniżej. Na rysunku zaznaczono liniami przerywanymi włókna
wyróżnione do znakowania momentów zginających. Wyróżnienie to zostanie wykorzystane w punkcie
następnym.

q = 0.25 F/m

5

M = 2 Fm

F

4

M

51

M

15

2

F

3

1

M

14

M

41

=0

M

23

M

32

M

12

M

21

V

51

=0

N

51

V

15

N

15

M

15

V

15

N

12

V

12

V

14

N

14

V

14

M

14

V

41

N

41

=0

M

12

V

12

M

21

V

21

N

21

V

21

M

23

V

23

N

23

V

23

V

32

N

32

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

Dla sił działających na każdy element wypisujemy 3 równania równowagi. Z sum momentów
względem końców prętów wyznaczamy siły tnące a z pozostałych równań wyznaczamy siły osiowe i
część z nich stanowi kontrolę. W obliczeniach wykorzystujemy obliczone już wartości momentów oraz
wynikające z warunków podparcia wartości sił osiowych i tnących 0

N

51

41

=

=

V

.

PRĘT 5-1

( )

0

2

2

2

2

15

15

51

5

=

+

+

+

=

m

q

m

V

M

M

M

F

m

m

F

m

Fm

m

m

m

q

m

M

M

V

=

+

=

+

=

5

.

0

4

4

25

.

0

2

166

.

0

334

.

0

2

2

4

2

2

2

51

15

15

( )

=

+

+

=

2

2

2

2

51

15

51

1

m

q

m

V

M

M

M

0

2

/

25

.

0

0

166

.

0

334

.

0

=

+

+

m

m

F

Fm

(spełnione tożsamościowo)

0

15

51

=

+

=

N

N

X

15

51

N

N

=

(związek wykorzystamy dalej).

PRĘT 1-2

0

4

21

21

12

1

=

+

+

=

m

V

M

M

M

F

Fm

m

m

M

M

V

=

+

=

+

=

5

.

0

4

901

.

0

099

.

1

4

21

12

21

,

0

4

12

21

12

2

=

+

+

=

m

V

M

M

M

F

Fm

m

m

M

M

V

=

+

=

+

=

5

.

0

4

901

.

0

099

.

1

4

21

12

12

,

0

21

12

=

+

=

N

N

X

21

12

N

N

=

(związek wykorzystamy dalej).

PRĘT 4-1

0

5

.

1

3

14

41

14

4

=

+

+

+

=

m

F

m

V

M

M

M

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

9

F

F

Fm

m

Fm

m

m

M

M

V

=

+

=

+

=

689

.

0

5

.

0

3

0

567

.

0

3

5

.

1

3

41

14

14

0

5

.

1

3

41

41

14

1

=

+

+

=

m

F

m

V

M

M

M

F

F

Fm

m

Fm

m

m

M

M

V

=

+

+

=

+

+

=

311

.

0

5

.

0

3

0

567

.

0

3

5

.

1

3

41

14

41

,

0

14

41

=

+

=

N

N

X

0

41

14

=

=

N

N

(zgodnie z warunkami podparcia).

PRĘT 2-3

0

5

.

1

3

32

32

23

2

=

+

+

+

=

m

F

m

V

M

M

M

F

F

Fm

m

Fm

m

m

M

M

V

=

+

=

+

=

237

.

0

5

.

0

3

112

.

0

901

.

0

3

5

.

1

3

32

23

32

,

0

5

.

1

3

23

32

23

3

=

+

+

=

m

F

m

V

M

M

M

F

F

Fm

m

Fm

m

m

M

M

V

=

+

+

=

+

+

=

763

.

0

5

.

0

3

112

.

0

901

.

0

3

5

.

1

3

32

23

23

,

0

32

23

=

+

=

N

N

X

23

32

N

N

=

(związek wykorzystamy dalej).

WĘZEŁ 2

0

))

901

.

0

(

901

.

0

(

23

21

2

=

=

=

Fm

M

M

M

(spełnione tożsamościowo)

0

)

5

.

0

(

23

23

21

=

+

=

+

=

N

F

N

V

Y

F

N

=

5

.

0

23

,

0

763

.

0

21

23

21

=

=

=

F

N

V

N

X

F

N

=

763

.

0

21

,

Z trzeciego równania dla pręta 1-2 wyznaczamy

F

N

N

=

=

763

.

0

21

12

,

Z trzeciego równania dla pręta 2-3 wyznaczamy

F

N

N

=

=

5

.

0

23

32

,

WĘZEŁ 1

0

)

2

334

.

0

567

.

0

099

.

1

(

15

14

12

1

=

+

=

+

=

Fm

M

M

M

M

M

(spełnione tożsamościowo)

0

F

(-0.5))

-

0

5

.

0

(

12

14

15

=

+

=

=

V

N

V

Y

(spełnione tożsamościowo)

0

)

689

.

0

(

763

.

0

15

14

12

15

=

=

+

=

F

F

N

V

N

N

X

F

F

F

N

=

=

074

.

0

)

689

.

0

(

763

.

0

15

,

Z trzeciego równania dla pręta 5-1 wyznaczamy

F

N

N

=

=

074

.

0

15

51

.

Siły tnące można też wyznaczyć na podstawie wzorów transformacyjnych

analogicznie jak

momenty brzegowe jednak po uprzednim wyznaczeniu wartości brzegowych sił tnących w układzie
podstawowym od obciążenia danego

o

ij

V (analogicznie jak

o

ij

M , np. dla pręta 1-2

0

12

=

o

V

(

)

=

+

+

=

o

V

L

EI

V

12

12

2

1

2
12

12

12

12

6

6

ψ

ϕ

ϕ

F

EI

Fm

EI

Fm

EI

Fm

m

EI

5

.

0

0

)

8628

.

0

(

12

)

3944

.

0

(

6

00203

.

0

6

16

2

2

2

2

=

+





+

=

.

5.3 MOMENTY ZGINAJĄCE

Otrzymane z obliczeń wartości momentów brzegowych są momentami statycznymi znakowanymi
zgodnie z zasadą prawoskrętny „+”, lewoskrętny „-”. Nie są, więc bezpośrednio momentami
zginającymi, gdyż momenty zginające znakujemy zgodnie z zasadą: „+”, gdy rozciąga włókna
wyróżnione a „-” gdy rozciąga włókna przeciwne niż wyróżnione, czyli gdy ściska włókna wyróżnione.
Odpowiedniość brzegowych momentów statycznych i momentów zginających na końcach prętów
zilustrowano na szkicach poniżej.

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

10

Momenty statyczne

dodatnie

Moment rozciąga włókna

przeciwne, więc

wytrzymałościowo jest

ujemny

Moment rozciąga włókna

wyróżnione, więc

wytrzymałościowo jest

dodatni

ij

M

ji

M

i

j

ij

zgin

ij

ij

i

M

M

M

=

=

,

,

ji

zgin

ji

ij

j

M

M

M

=

=

,

,

ij

M

ji

M

i

j

Momenty statyczne

dodatnie

Moment rozciąga włókna

wyróżnione, więc

wytrzymałościowo jest

dodatni

Moment rozciąga włókna

przeciwne, więc

wytrzymałosciowo jest

ujemny

ij

zgin

ij

ij

i

M

M

M

=

=

,

,

ji

zgin

ji

ij

j

M

M

M

=

=

,

,

Obliczając momenty zginające (

,

,ij

i

M

ij

j

M

,

) należy oczywiście uwzględniać znaki momentów

statycznych (

,

ij

M

ji

M

).

Uwzględniając powyższe zasady określimy momenty zginające w przekrojach poszczególnych prętów.

q = 0.25 F/m

5

M

51

M

15

2m

V

51

=0

V

15

1

F

4

M

41

=0

V

14

M

14

V

41

1.

5m

1

1.

5m

3

M

32

M

23

V

23

V

32

2

1.

5m

1.

5m

F


PRĘT 5-1

=

=

51

51

,

5

M

M

Fm

166

.

0

,

=

=

15

51

,

1

M

M

Fm

334

.

0

Pręt jest obciążony obciążeniem równomiernie rozłożonym, więc wykres momentów jest parabolą.
Aby ją narysować niezbędna jest znajomość trzeciej rzędnej np. w środku rozpiętości pręta

=

+

=

4

2

2

51

51

51

51

51

51

,

L

L

q

L

V

M

M

S

Fm

m

m

m

F

m

Fm

041

.

0

5

.

0

1

/

25

.

0

1

0

166

.

0

=

+

PRĘT 1-2

=

=

12

12

,

1

M

M

Fm

099

.

1

,

=

=

21

12

,

2

M

M

Fm

901

.

0

PRĘT 4-1

=

=

41

41

,

4

M

M

0

,

=

=

14

41

,

1

M

M

Fm

567

.

0

Pręt jest obciążony siłą skupioną. Należy, więc doliczyć rzędną pod siłą skupioną.

=

+

=

2

41

41

41

41

,

L

V

M

M

F

Fm

m

F

467

.

0

5

.

1

311

.

0

0

=

+

PRĘT 2-3

=

=

23

23

,

2

M

M

Fm

901

.

0

,

=

=

23

23

,

3

M

M

Fm

112

.

0

.

Pręt jest obciążony siłą skupioną. Należy, więc doliczyć rzędną pod siłą skupioną.

=

+

=

2

23

23

23

23

,

L

V

M

M

F

Fm

m

F

Fm

244

.

0

5

.

1

763

.

0

901

.

0

=

+




background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

11

5.4 WYKRESY SIŁ PRZEKROJOWYCH

Sporządzając wykresy momentów zginających należy pamiętać, że ich rzędne odkłada się po stronie
włókien rozciąganych, co jest równoznaczne z tym, że rzędne dodatnie odkłada się po stronie włókien
wyróżnionych a ujemne po stronie przeciwnej.

M

0.

166 Fm

0.334 Fm

0.567 Fm

1.099 Fm

+

-

+

-

-

+

+

-

0.901 Fm

0.244 Fm

0.112 Fm

0.04

1 Fm

0.467 Fm

+

-

V

+

+

-

-

-

-

0.

5 F

0.763 F

0.689 F

0.311 F

0.237 F

0.5 F

N

0.

074

F

-

-

-

0.7

63 F

0.5 F

6. KONTROLA KINEMATYCZNEJ DOPUSZCZALNOŚCI ROZWIĄZANIA

Aby mieć pewność, że rozwiązanie jest poprawne należy wykazać, że jest ono statycznie i
kinematycznie dopuszczalne.

Pierwszy warunek oznacza, że siły muszą spełniać równania równowagi. Warunek ten

został sprawdzony w trakcie wyznaczania sił tnących i osiowych.

Sprawdzenie drugiego warunku polega na sprawdzeniu czy wynikające z rozwiązania

przemieszczenia w poszczególnych punktach spełniają warunki podparcia i ciągłości. Wystarczy
sprawdzenie tylu składowych przemieszczeń ile wynosi stopień statycznej niewyznaczalności.
Rozwiązywane zadanie jest
3-krotnie statycznie niewyznaczalne.
Należy, więc sprawdzić 3 przemieszczenia.
W tym celu przyjmujemy dowolny
statycznie wyznaczalny model układu
(układ podstawowy jak w metodzie sił),
sporządzamy wykresy momentów
zginających od jednostkowych wartości sił
hiperstatycznych i na podstawie
odpowiednich wzorów obliczamy
przemieszczenia, które powinny być
zgodne z rzeczywistymi. Na rysunku obok
pokazano układ podstawowy metody sił.

q = 0.25 F/m

2EI

EI

EI

EI

F

F

M = 2 Fm

X

1

X

2

X

3

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

12

Rozwiązania układu statycznie wyznaczalnego od jednostkowych wartości sił hiperstatycznych.
Od

1

1

=

X

X

1

=1

1

M

3 m

-

+

Od

1

2

=

X

X

2

=1

2

M

-

1

Od

1

3

=

X

X

3

=1

3

M

1

-

-

Sprawdzenie przemieszczeń rzeczywistych w miejscach przyjętych sił hiperstatycznych.

(

)

+

+

=

=

m

Fm

EI

m

dx

EI

M

M

F

)

3

(

334

.

0

)

3

(

041

.

0

4

)

3

(

166

.

0

6

2

1

1

(

)

+

+

+

+

m

Fm

EI

m

5

.

1

467

.

0

25

.

2

05

.

0

4

3

567

.

0

2

6

5

.

1

(

)

0

005

.

0

0

0

75

.

0

2335

.

0

4

5

.

1

467

.

0

2

6

5

.

1

3

=

+

+

+

EI

Fm

m

Fm

EI

m

(

)

+

+

+

+

=

=

Fm

EI

m

dx

EI

M

M

F

5

.

0

244

.

0

)

25

.

0

(

)

3285

.

0

(

4

0

)

901

.

0

(

6

5

.

1

2

2

(

)

0

0

0

)

25

.

0

(

122

.

0

4

)

5

.

0

(

244

.

0

6

5

.

1

=

+

+

+

Fm

EI

m

(

)

+

+

=

=

Fm

EI

m

dx

EI

M

M

F

)

1

(

334

.

0

)

1

(

041

.

0

4

)

1

(

166

.

0

6

2

3

3

(

)

+

+

+

Fm

EI

m

)

1

(

901

.

0

)

1

(

1

.

0

4

)

1

(

099

.

1

6

4

(

)

+

+

+

+

Fm

EI

m

)

5

.

0

(

244

.

0

)

75

.

0

(

)

3285

.

0

(

4

)

1

(

901

.

0

2

6

5

.

1

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

13

(

)

0

02

.

0

0

0

)

25

.

0

(

122

.

0

4

)

5

.

0

(

244

.

0

2

6

5

.

1

2

=

+

+

+

EI

Fm

Fm

EI

m

Uwaga:

Otrzymane wartości powinny być bliskie wartościom wynikającym z warunków podparcia i

ciągłości układu. W rozpatrywanym przypadku powinny być bliskie zeru. Aby to oszacować
porównamy otrzymane wyniki z przemieszczeniami rzeczywistymi otrzymanymi z rozwiązania z
metody przemieszczeń.

Porównując przesunięcie

=

F

1

-0.005

EI

Fm

3

z rzeczywistym przesunięciem

=

I

δ

3.4514

EI

Fm

3

otrzymujemy

%

14

.

0

0014

.

0

4514

.

3

005

.

0

=

=

. Widzimy, że błąd względny wynosi tylko

0.0014 co przy obliczaniu momentów z dokładnością do 0.001 jest wynikiem zaokrągleń. Możemy,
więc uznać, że spełniony jest warunek

0

1

F

.

Analogicznie porównując kąt obrotu

=

F

3

-0.002

EI

Fm

2

z rzeczywistym kątem obrotu

=

2

ϕ

0.3944

EI

Fm

2

otrzymujemy

%

5

.

0

005

.

0

3944

.

0

002

.

0

=

=

co przy stosowanej dokładności obliczeń

oznacza spełnienie warunku

0

3

F

. Wartość kąta obrotu

0

2

=

F

. Więc rozwiązanie spełnia

warunki kinematyczne.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
MP przyk5 id 309053 Nieznany
mp cw2 id 309046 Nieznany
MP przyk5 id 309053 Nieznany
MP 1987 029 0228 id 318265 Nieznany
MP rama ort1 id 309054 Nieznany
MP 1987 029 0227 id 318264 Nieznany
MP 1988 025 0219 id 318266 Nieznany
MP CONF 3 35 id 308925 Nieznany
projekt 7 MP KL nr 7 id 832557 Nieznany
mp 5 id 574949 Nieznany
GW MP uczniowie % odp id 19790 Nieznany
MP rama ort2 id 309055 Nieznany
MP 1987 029 0228 id 318265 Nieznany
MP rama ort1 id 309054 Nieznany
MP 1987 029 0227 id 318264 Nieznany
Abolicja podatkowa id 50334 Nieznany (2)
4 LIDER MENEDZER id 37733 Nieznany (2)
katechezy MB id 233498 Nieznany
metro sciaga id 296943 Nieznany

więcej podobnych podstron