Metoda sił rama8

background image

Ewa Kloczkowska, KBI 1, rok akademicki 2006/2007

Ćwiczenie nr 3

Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych metodą sił.

Dla układu prętowego przedstawionego na rysunku należy:
1) Obliczyć i wykonać wykresy sił wewnętrznych powstałych od zadanego obciążenia,
wpływu temperatury, osiadania podpór lub błędów montażu.
2) W trakcie obliczeń wykonać sprawdzenie kinematyczne,
3) Obliczyć zaznaczone przemieszczenia uogólnione.


I. Wykresy sił wewnętrznych spowodowanych obciążeniem zewnętrznym:

background image

Przyjęto:

4

1

2140

(

200)

J

cm IPN

=

,

4

2

3060

(

220)

J

cm IPN

=

2

1

1, 4299

J

J

=

205

E

GPa

=


Aby wykonać wykresy sił wewnętrznych należy rozwiązać układ równań kanonicznych:

11

1

12

2

13

3

14

4

1

21

1

22

2

23

3

24

4

2

31

1

32

2

33

3

34

4

3

41

1

42

2

43

3

44

4

4

0

0

0

0

P

P

P

P

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

+

+

+

+ ∆ =

+

+

+

+ ∆ =

+

+

+

+ ∆ =

+

+

+

+ ∆ =


W układach zginanych wpływ N i T na przemieszczenia jest znikomy, dlatego:

i

k

ik

M M

dx

EJ

δ

=

∑∫

,

i

P

iP

M M

dx

EJ

∆ =

∑∫

.


1) Określenie stopnia statycznej niewyznaczalności i przyjęcie układu podstawowego:

SSN = 4

Przyjęty układ podstawowy:
Niewiadome zostały przedstawione jako grupy sił:

background image


2) Wyznaczenie wykresu

P

M :





background image

3) Wyznaczenie wykresu

1

M (dla

1

1

X = ):








background image

4) Wyznaczenie wykresu

2

M (dla

2

1

X = ):









background image


5) Wyznaczenie wykresu

3

M (dla

3

1

X = ):











background image

6) Wyznaczenie wykresu

4

M (dla

4

1

X = ):









background image

7) Wyznaczenie współczynników równania kanonicznego: Przy wyznaczeniu
współczynników korzystam z zasady Wereszczegina – Mohra oraz z twierdzenia Maxwella.

(

)

(

)

1

1

11

1

2

1

1

1

1

1

2

1

2

1

2

4 4

4

8 4

8

2 4 4 4

2

3

2

3

1

2

1

2

128

1

217, 5167

4 4

4

8 4

8

42, 6667 85, 3333 89, 5167

3

2

3

1, 4299

M M

dx

EJ

EJ

EJ

m

EJ

EJ

EJ

kN

δ

=

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

+

⋅ ⋅ ⋅

=

⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ +

=

+

+

=

∑∫

1

2

12

0, 0

M M

m

dx

EJ

kN

δ

=

=

∑∫

1

3

13

0, 0

M M

m

dx

EJ

kN

δ

=

=

∑∫

(

)

1

4

14

1

2

1

1

1

1

1

1

1

8 4 8

2

4 4 4

2

2

1

1

64

1

172, 7584

8 4 8

128 44, 7584

2

1, 4299

M M

dx

EJ

EJ

EJ

m

EJ

EJ

EJ

kN

δ

=

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ +

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

⋅ ⋅ ⋅ +

=

+

=

∑∫

(

)

(

)

[ ]

2

1

1

1

2

1

2

1

1

1

2

2

3 4

1

1

2

1

1

2

4 24

4 2

4

4

4 88

8

4 8

8

2

3

3

8

2

2

3

2

3

1

(44 24) 2

1

1

2 4 24 2 2 4

256 64 938, 6667

42, 6667

384 544

2

1736, 9964

P

P

M M

dx

EJ

EJ

EJ

EJ

EJ

m

EJ

∆ =

=

− ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅ − ⋅ ⋅

⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

+

+

+

− ⋅ ⋅

⋅ − ⋅ ⋅

=

⋅ −

+

+

+

=

=

∑∫

2

1

21

12

0, 0

M M

m

dx

EJ

kN

δ

δ

=

=

=

∑∫

(

)

2

2

22

1

2

1

1

1

1

2

1

1

128

132,1834

2

4 4

4

4 4 8

42, 6667

2

3

1, 4299

M M

m

dx

EJ

EJ

EJ

EJ

EJ

kN

δ

=

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

+

⋅ ⋅

=

+

=

∑∫

2

3

23

2

1

1

1

1

1

64

44, 7584

2

4 4 4

2

1, 4299

M M

m

dx

EJ

EJ

EJ

EJ

kN

δ

=

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

=

∑∫

2

4

24

0, 0

M M

m

dx

EJ

kN

δ

=

=

∑∫

[ ]

2

2

0, 0

p

P

M M

dx

m

EJ

∆ =

=

∑∫

3

1

31

13

0, 0

M M

m

dx

EJ

kN

δ

δ

=

=

=

∑∫

3

2

32

23

1

44, 7584

M M

m

dx

EJ

EJ

kN

δ

δ

=

=

=

∑∫

3

3

33

2

1

1

1

1

2

1

42, 6667

29,8389

2

4 4

4

2

3

1, 4299

M M

m

dx

EJ

EJ

EJ

EJ

kN

δ

=

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

=

∑∫

background image

3

4

34

0, 0

M M

m

dx

EJ

kN

δ

=

=

∑∫

[ ]

3

3

0, 0

p

P

M M

dx

m

EJ

∆ =

=

∑∫

4

1

41

14

1

172, 7584

M M

m

dx

EJ

EJ

kN

δ

δ

=

=

=

∑∫

2

4

42

24

0, 0

M M

m

dx

EJ

kN

δ

δ

=

=

=

∑∫

4

3

43

34

0, 0

M M

m

dx

EJ

kN

δ

δ

=

=

=

∑∫

(

)

4

4

44

1

2

1

1

1

1

2

285,8389

8 4 8

2

4 4

4

2

3

M M

m

dx

EJ

EJ

EJ

EJ

kN

δ

=

=

⋅ ⋅ +

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

∑∫

(

)

[ ]

4

4

1

2

1

2

1

1

1

1

1

1

2

1

1

2

4 88 8

4 8 8

2 24

2 2 44 2

4

2

24 2

4

2

2

2

2

3

3

3

3

1280

1

1641, 7968

96 293,3333 128

P

P

M M

dx

EJ

EJ

EJ

m

EJ

EJ

EJ

∆ =

=

− ⋅ ⋅

⋅ + ⋅ ⋅ ⋅

+

− ⋅

⋅ ⋅ ⋅ −

⋅ ⋅

⋅ + ⋅

⋅ ⋅

⋅ + ⋅

=

=

+

=

∑∫


8) Rozwiązanie układu równań kanonicznych:

Po podstawieniu wyliczonych współczynników i pomnożeniu przez

1

EJ układ równań

przyjmuje następującą postać:

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

217, 5167

0

0

172, 7584

1736, 9964

0

132,1834

44, 7584

0

0

0

44, 7584

29,8389

0

0

172, 7584

0

0

285,8389

1641, 7968

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

+ ⋅

+ ⋅

+

=

 ⋅ +

+

+ ⋅

=

+

+

+ ⋅

=

+ ⋅

+ ⋅

+

=


Powyższy układ można rozbić na dwa układy z dwoma niewiadomymi:

a)

1

4

1

4

217, 5167

172, 7584

1736,9964

172, 7584

285,8389

1641, 7968

X

X

X

X

+

=

+

=

b)

2

3

2

3

132,1834

44, 7584

0

44, 7584

29,8389

0

X

X

X

X

+

=

+

=

- układ jest jednorodny, więc

2

3

0, 0000

X

X

kN

=

=

Rozwiązaniem układu a) jest para liczb:

1

4

6, 5843

1, 7643

X

kN

X

kN

=

=





background image




9) Wykresy sił wewnętrznych w układzie:


NORMALNE:





background image

TNĄCE:


MOMENTY:







background image

10) Sprawdzenie:

Sprawdzam, czy przemieszczenie poziome punktu P wynosi zero:

0

P

u = .

Podczas kontroli wykorzystuję twierdzenie redukcyjne:

(0)

( )

n

M

M

dx

EJ

δ

=

∑∫

Sprawdzenie wykonuję dla innego układu podstawowego:


Wykres momentów wirtualnych:


1

2

1

1

1

1

1

1

1

2 2, 3372 4

2 5,8658 4

2 5,8658 4

2 10, 6056 4

1, 4299 2

2

2

2

1

1

2

2

3 4

4

1

4

1

2

4 2, 3372

4

4

4 22,1144

4 21, 2112

4

2

3

3

8

2

2

3

2

3

(6,5381 32,8180 29, 6681 12, 4651 32 58,9717 1

P

u

EJ

EJ

=

⋅ ⋅

⋅ + ⋅ ⋅

⋅ + ⋅ ⋅

⋅ − ⋅ ⋅

+

+

⋅ ⋅

⋅ ⋅ + ⋅ ⋅

⋅ + ⋅ ⋅

⋅ − ⋅ ⋅

⋅ ⋅

=

+

+

+

+

=

1

1

13,1264)

0, 0016

EJ

EJ

=

0, 0016

0, 000014

0, 01

113,1264

=

background image

II. Wyznaczenie sił wewnętrznych spowodowanych oddziaływaniem temperatury:


Przyjmuję taki sam układ podstawowy, jak w poprzedniej części zadania, co pozwala na
wykorzystanie obliczonych współczynników równania kanonicznego

ki

δ

:

background image

Aby wykonać wykresy sił wewnętrznych należy rozwiązać układ równań kanonicznych:

11

1

12

2

13

3

14

4

1

21

1

22

2

23

3

24

4

2

31

1

32

2

33

3

34

4

3

41

1

42

2

43

3

44

4

4

0

0

0

0

t

t

t

t

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

+

+

+

+ ∆ =

+

+

+

+ ∆ =

+

+

+

+ ∆ =

+

+

+

+ ∆ =


Ponieważ współczynniki

ki

δ

są znane, do obliczenia pozostają

it

∆ , które znajduję z

następującego wzoru:

0

it

i

t

t

t

t

M

dx

N t

dx

h

α

α

∆ =

+

d

g

t

t

t

∆ =

0

2

d

g

m

t

t

t

t

+

=

− (dla przekroju symetrycznego)

Przyjmuję:

5

1

1, 2 10

t

C

α

=



,

205

E

GPa

=

1

200

0, 2

I

h

h

m

=

=

2

220

0, 22

I

h

h

m

=

=




background image

1) Obliczenie

1t

∆ :

Wykres momentów

1

M

(dla

1

1

X =

) jest taki sam, jak w pierwszej części zadania.

Wykres normalnych

1

N

(dla

1

1

X =

):

[ ]

5

1

5

1

1

1

1

1, 2 10

2

4 4 10

4 8 40

2 4 4 10

0, 2

2

2

0, 22

1, 2 10

2 1 4 15

0, 06545 0, 00144

0, 06689

t

m

∆ =

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

+ ⋅ ⋅ ⋅

+

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

+

+

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

+

=


2) Obliczenie

2t

∆ :

Wykres momentów

2

M (dla

2

1

X = ) jest taki sam, jak w pierwszej części zadania.

Wykres normalnych

2

N (dla

2

1

X = ):

(

)

(

)

[ ]

5

2

5

1

1

1

1

1, 2 10

4 4 10 0 40

4 4 10

4 4 10 4 4 10

0, 2

2

2

0, 22

1, 2 10

1 4 15 1 4 15

0, 00000

t

m

∆ =

⋅ ⋅ ⋅

+ ⋅

− ⋅ ⋅ ⋅

+

⋅ ⋅ ⋅

− ⋅ ⋅

+

+

⋅ ⋅ ⋅

− ⋅ ⋅

=

background image

3) Obliczenie

3t

∆ :

Wykres momentów

3

M (dla

3

1

X = ) jest taki sam, jak w pierwszej części zadania.

Wykres normalnych

3

N (dla

3

1

X = ):

(

)

[ ]

5

5

3

1

1

1

1, 2 10

4 4 10

4 4 10

1, 2 10

1 4 15 1 4 15

0, 00000

0, 2

2

2

t

m

∆ =

⋅ ⋅ ⋅

− ⋅ ⋅ ⋅

+

⋅ ⋅ ⋅

− ⋅ ⋅

=


4) Obliczenie

4t

∆ :

Wykres momentów

4

M (dla

4

1

X = ) jest taki sam, jak w pierwszej części zadania.

Wykres normalnych

4

N (dla

4

1

X = ):

(

)

[ ]

5

5

4

1

1

1

1, 2 10

8 4 40

(2

4 4 10)

1, 2 10

2 1 4 15

0, 2

0, 22

2

0, 08553 0, 00144

0, 08409

t

m

∆ =

⋅ ⋅ ⋅

+

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

=

=

background image

5) Rozwiązanie układu równań kanonicznych:

1

2

3

4

1

1

1

2

3

4

1

1

1

2

3

4

1

1

1

2

3

4

1

1

217,5167

172, 7584

0

0

0, 06689

0

132,1834

44, 7584

0

0

0

0

44, 7584

29,8389

0

0

0

0

172, 7584

285,8389

0

0

0, 08409

0

X

X

X

X

EJ

EJ

X

X

X

X

EJ

EJ

X

X

X

X

EJ

EJ

X

X

X

X

EJ

EJ

+ ⋅

+ ⋅

+

+

=

+

+

+ ⋅

+ =

 ⋅ +

+

+ ⋅

+ =

+ ⋅

+ ⋅

+

+

=



6

8

2

1

200

205 10 2140 10

4387

IPN

EJ

EJ

kN m

=

=

=


Po pomnożeniu przez

1

EJ i przeniesieniu wyrazu wolnego na drugą stronę równania:

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

217, 5167

0

0

172, 7584

293, 4464

0

132,1834

44, 7584

0

0

0

44, 7584

29,8389

0

0

172, 7584

0

0

285,8389

368, 9028

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

+ ⋅

+ ⋅

+

= −

 ⋅ +

+

+ ⋅

=

+

+

+ ⋅

=

+ ⋅

+ ⋅

+

= −


Powyższy układ można rozbić na dwa układy z dwoma niewiadomymi:

a)

1

4

1

4

217, 5167

172, 7584

293, 4464

172, 7584

285,8389

368,9028

X

X

X

X

+

= −

+

= −

b)

2

3

2

3

132,1834

44, 7584

0

44, 7584

29,8389

0

X

X

X

X

+

=

+

=

- układ jest jednorodny, więc

2

3

0, 0000

X

X

kN

=

=

Rozwiązaniem układu a) jest para liczb:

1

4

0, 6232

0, 9039

X

kN

X

kN

= −

= −

background image

6) Wykresy sił wewnętrznych w układzie:

MOMENTY:



NORMALNE:

background image

TNĄCE:


7) Sprawdzenie:

Sprawdzam, czy przemieszczenie poziome punktu P wynosi zero:

0

P

u = .

Podczas kontroli wykorzystuję twierdzenie redukcyjne:

(0)

( )

(0)

(0)

0

n

t

t

t

M

M

dx

M

dx

N t

dx

EJ

h

δ

α

α

=

+

+

Sprawdzenie wykonuję dla innego układu podstawowego:

background image

Wykres momentów wirtualnych:

1

1

5

5

1

1

1

1

1

1

2

1

2

1

4

4 2, 4928 4

4 6,1484 4

4 2, 4928

4

4 12, 2968

4

4 7,3112

1, 4299

2

2

2

3

2

3

2

3

1

10

10

1

40

48, 3458 98,3744

1, 2 10

4 4

4 4

4 4

1 4 15

1, 2 10

2

0, 2

0, 22

2

0, 2

4387

P

u

EJ

EJ

=

− ⋅ ⋅

⋅ − ⋅ ⋅

⋅ ⋅

⋅ ⋅ + ⋅ ⋅

⋅ ⋅ + ⋅ ⋅

+

+

⋅ ⋅ ⋅

+ ⋅ ⋅

+ ⋅ ⋅ ⋅

+ ⋅ ⋅

=

+

2787, 2728

0, 01102 0, 02242 0, 03345

0, 03344 0, 03345

0, 00001m

=

= −

+

=

= −

0, 00001

0, 00029

0, 01

0, 03345

=


III. Wyznaczenie sił wewnętrznych spowodowanych osiadaniem podpór:

background image

Przyjmuję taki sam układ podstawowy, jak w poprzedniej częściach zadania, co pozwala na
wykorzystanie obliczonych współczynników równania kanonicznego

ki

δ

:


Aby wykonać wykresy sił wewnętrznych należy rozwiązać układ równań kanonicznych w
metodzie sił:

11

1

12

2

13

3

14

4

1

21

1

22

2

23

3

24

4

2

31

1

32

2

33

3

34

4

3

41

1

42

2

43

3

44

4

4

0

0

0

0

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

+

+

+

+ ∆ =

+

+

+

+ ∆ =

+

+

+

+ ∆ =

+

+

+

+ ∆ =


Ponieważ współczynniki

ki

δ

są znane, do obliczenia pozostają

i∆

∆ , które znajduję z

następującego wzoru:

i

i

R

∆ = −

⋅ ∆


1) Obliczenie

1

∆ :

1

0, 0000

i

R

m

∆ = −

⋅ ∆ =

background image

2) Obliczenie

2∆

∆ :


2

0, 0000

i

R

m

∆ = −

⋅ ∆ =


3) Obliczenie

3∆

∆ :


(

)

3

2

1 0, 002

0, 004

i

R

m

∆ = −

⋅ ∆ = − ⋅ − ⋅

=



background image


4) Obliczenie

4∆

∆ :



(

)

4

1 0, 002 1 0, 002

0, 0000

i

R

m

∆ = −

⋅ ∆ = − ⋅ − ⋅

+ ⋅

=


5) Rozwiązanie układu równań kanonicznych:

1

2

3

4

1

1

1

2

3

4

1

1

1

2

3

4

1

1

1

2

3

4

1

1

217,5167

172, 7584

0

0

0

0

132,1834

44, 7584

0

0

0

0

44, 7584

29,8389

0

0

0, 004

0

172, 7584

285,8389

0

0

0

0

X

X

X

X

EJ

EJ

X

X

X

X

EJ

EJ

X

X

X

X

EJ

EJ

X

X

X

X

EJ

EJ

+ ⋅

+ ⋅

+

+ =

+

+

+ ⋅

+ =

 ⋅ +

+

+ ⋅

+

=

+ ⋅

+ ⋅

+

+ =



6

8

2

1

200

205 10 2140 10

4387

IPN

EJ

EJ

kN m

=

=

=


Po pomnożeniu przez

1

EJ i przeniesieniu wyrazu wolnego na drugą stronę równania:

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

217, 5167

0

0

172, 7584

0

0

132,1834

44, 7584

0

0

0

44, 7584

29,8389

0

17,548

172, 7584

0

0

285,8389

0

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

+ ⋅

+ ⋅

+

=

 ⋅ +

+

+ ⋅

=

+

+

+ ⋅

= −

+ ⋅

+ ⋅

+

=

background image

Powyższy układ można rozbić na dwa układy z dwoma niewiadomymi:

a)

1

4

1

4

217, 5167

172, 7584

0

172, 7584

285,8389

0

X

X

X

X

+

=

+

=

- układ jest jednorodny, więc

1

4

0, 0000

X

X

kN

=

=

b)

2

3

2

3

132,1834

44, 7584

0

44, 7584

29,8389

17,548

X

X

X

X

+

=

+

= −

Rozwiązaniem układu b) jest para liczb:

2

3

0, 4047

1,1951

X

kN

X

kN

=

= −


6) Wykresy sił wewnętrznych w układzie:

MOMENTY:


NORMALNE:

background image


TNĄCE:


7) Sprawdzenie:

Sprawdzam, czy przemieszczenie poziome punktu P wynosi zero:

0

P

u = .

Podczas kontroli wykorzystuję twierdzenie redukcyjne:

(0)

( )

(0)

n

M

M

dx

R

EJ

δ

=


Sprawdzenie wykonuję dla innego układu podstawowego:

background image

Reakcje w stenie wirtualnym:


Wykres momentów wirtualnych:


1

1

1

1

1

1

1

1

2

4 3,1616 4

4 1, 6188 4

4 1, 6188

4

1, 4299

2

2

2

3

8, 6317 8, 6336

0, 0019676 0, 001968

0, 0000004

4387

P

u

EJ

EJ

m

=

− ⋅ ⋅

⋅ + ⋅ ⋅

+

⋅ ⋅

⋅ ⋅

=

=

=

=

0, 0000004

0, 0002

0, 01

0, 001968

=




background image


IV. Wyznaczenie przemieszczenia poziomego punktu K ( z uwzględnieniem wpływu
temperatury i osiadania podpór):

Przemieszczenie poziome punktu K wyznaczam korzystając z twierdzenia redukcyjnego:

(0)

( )

(0)

(0)

(0)

0

n

K

t

t

t

M

M

u

dx

M

dx

N t

dx

R

EJ

h

α

α

=

+

+


Stan wirtualny dla układu podstawowego:


Wykres

(0)

M

:

background image


Wykres

(0)

N

:


5

5

1

1

1

2

1

1

1

40

4 22,1144

4

4 21, 2112

4

4 4

1, 2 10

1 4 15 1, 2 10

2

3

2

3

2

0, 2

117,9435 56,5632

0, 0192 0, 00072

0, 032

4387

K

u

EJ

m

=

⋅ ⋅

⋅ ⋅ − ⋅ ⋅

⋅ ⋅

+ ⋅ ⋅ ⋅

− ⋅ ⋅ ⋅

=

=

+

=


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
cwicz mechanika budowli obliczanie ukladow statycznie niewyznaczalnych metoda sil krata
metoda sił pale Model
Metoda Sil 2
Mechanika budowli Metoda sił belka
Projekt I Rama Metoda Sił
metoda sil 2 id 294543 Nieznany
Metoda sil cz 3 Płaskie ustroje prętowe obciążone w płaszczyźnie
Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych metoda sił z wykorzystaniem symetrii i antysymetrii
Tabela osiowe metoda sił
Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych metoda sił z wykorzystaniem symetrii i antysymetrii
Metoda sil 3
metoda sil 4
Metoda sił rama temp montaz
Metoda sił kratownica
metoda sił 3
Metoda Sil 1
Konstrukcja zalamana w planie Metoda sil id 246188
Łuk metoda sił łuk word

więcej podobnych podstron