WM

Z3/4. PODSTAWY STATYKI NA PŁASZCZYŹNIE – ZADANIE 4

1

Z3/4. PODSTAWY STATYKI NA PŁASZCZYŹNIE – ZADANIE 4

Z3/4.1. Zadanie 4

Wyznaczyć analitycznie reakcje we wszystkich przegubach rzeczywistych A, B i C układu trójprzegubowego przedstawionego na rysunku Z3/4.1.

24,0 kN

12,0 kN

B

1,0

8,0 kN

2,0

I

II

2,0

16,0 kN

C

3,0

A

[m]

2,0

2,0

3,0

2,0

Rys. Z3/4.1. Układ trójprzegubowy

Z3/4.2. Analiza kinematyczna układu trójprzegubowego

Układ trójprzegubowy składa się z dwóch tarcz sztywnych mających razem sześć stopni swobody.

Wszystkie trzy przeguby rzeczywiste A, B i C odbierają razem także sześć stopni swobody. Został więc spełniony warunek konieczny geometrycznej niezmienności (2.4).

Wszystkie trzy przeguby rzeczywiste A, B i C nie leżą na jednej prostej. Został tym samym spełniony warunek dostateczny geometrycznej niezmienności.

Ponieważ układ trójprzegubowy przedstawiony na rysunku Z3/4.1 spełnia warunek konieczny i dostateczny geometrycznej niezmienności jest więc on układem geometrycznie niezmiennym i statycznie wyzna-czalnym.

Z3/4.3. Analiza statyczna układu trójprzegubowego

W przegubie rzeczywistym jak wiadomo działa jedna reakcja. Wiemy o niej tylko to, że kierunek jej musi przejść przez przegub rzeczywisty. W takim przypadku rozkładamy reakcję w przegubie rzeczywistym na dwie składowe: poziomą i pionową. Założone zwroty składowych reakcji w przegubach A i C przedstawia rysunek Z3/4.2. Rysunek Z3/4.3 przedstawia założone zwroty reakcji działających na tarcze sztywne numer I i II.

Pierwszym równaniem służącym do wyznaczenia składowych reakcji w przegubie rzeczywistym A bę-

dzie równanie sumy momentów wszystkich sił działających na cały układ trójprzegubowy względem punktu C. Dodatni moment będzie jak wiadomo kręcił zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Zgodnie z rysunkiem Z3/4.2 równanie to będzie miało postać

 M = V ⋅9,0− H ⋅2,0−16,0⋅1,0−24,0⋅7,0−12,0⋅2,0−8,0⋅2,0=0

C

A

A

.

(Z3/4.1)

V ⋅9,0− H ⋅2,0=224,0

A

A

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z3/4. PODSTAWY STATYKI NA PŁASZCZYŹNIE – ZADANIE 4

2

24,0 kN

12,0 kN

B

1,0

8,0 kN

2,0

I

II

2,0

16,0 kN

1,0

C

HC

3,0

V

2,0

C

Y

H

A

A

X

VA

[m]

2,0

2,0

3,0

2,0

Rys. Z3/4.2. Założone zwroty składowych reakcji w przegubach A i C

H (I)

B

B

B

H (I)

H (II)

B

B

0

(I)

2,

24,0 kN

VB

I

V (I) V (II)

B

B

12,0 kN

16,0 kN

H (II)

B

B

03,

1,0

8,0 kN

V (II)

B

II

H

A

Y

A

2,0

V

C

H

A

C

X

2,0

2,0

VC

[m]

3,0

2,0

Rys. Z3/4.3. Założone zwroty składowych reakcji w przegubach A i B działające na tarcze sztywne numer I i II Drugim równaniem służącym do wyznaczenia składowych reakcji w przegubie rzeczywistym A będzie równanie sumy momentów wszystkich sił działających na tarczę sztywną numer I względem punktu B. Dodatni moment będzie jak wiadomo kręcił zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Zgodnie z rysunkiem Z3/4.3

równanie to będzie miało postać

 M  I = V ⋅4,0− H ⋅5,016,0⋅2,0−24,0⋅2,0=0

B

A

A

.

(Z3/4.2)

V ⋅4,0− H ⋅5,0=16,0

A

A

Równania równowagi (Z3/4.1) i (Z3/4.2) będą tworzyły układ dwóch równań z dwiema niewiadomymi, którymi będą składowe reakcji w przegubie rzeczywistym A, w postaci Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z3/4. PODSTAWY STATYKI NA PŁASZCZYŹNIE – ZADANIE 4

3

{ V ⋅9,0− H ⋅2,0=224,0

A

A

.

(Z3/4.3)

V ⋅4,0− H ⋅5,0=16,0

A

A

Rozwiązaniem układu są składowe reakcji w przegubie rzeczywistym A o wartościach V =29,41 kN

A

,

(Z3/4.4)

H =20,32 kN

A

.

(Z3/4.5)

Obie składowe mają więc zwroty zgodne z przyjętymi na początku obliczeń.

Pierwszym równaniem służącym do wyznaczenia składowych reakcji w przegubie rzeczywistym C będzie równanie sumy momentów wszystkich sił działających na cały układ trójprzegubowy względem punktu A. Dodatni moment będzie jak wiadomo kręcił zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Zgodnie z rysunkiem Z3/4.2 równanie to będzie miało postać

 M =− V ⋅9,0− H ⋅2,0−16,0⋅3,024,0⋅2,012,0⋅7,0−8,0⋅4,0=0

A

C

C

.

(Z3/4.6)

V ⋅9,0 H ⋅2,0=52,0

C

C

Drugim równaniem służącym do wyznaczenia składowych reakcji w przegubie rzeczywistym C będzie równanie sumy momentów wszystkich sił działających na tarczę sztywną numer II względem punktu B. Dodatni moment będzie jak wiadomo kręcił zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Zgodnie z rysunkiem Z3/4.3

równanie to będzie miało postać

 M  II =− V ⋅5,0 H ⋅3,012,0⋅3,08,0⋅1,0=0

B

C

C

.

(Z3/4.7)

V ⋅5,0− H ⋅3,0=44,0

C

C

Równania równowagi (Z3/4.6) i (Z3/4.7) będą tworzyły układ dwóch równań z dwiema niewiadomymi, którymi będą składowe reakcji w przegubie rzeczywistym C w postaci

{ V ⋅9,0 H ⋅2,0=52,0

C

C

.

(Z3/4.8)

V ⋅5,0− H ⋅3,0=44,0

C

C

Rozwiązaniem układu są składowe reakcji w przegubie rzeczywistym C o wartościach V =6,595 kN

C

,

(Z3/4.9)

H =−3,675 kN

C

.

(Z3/4.10)

Składowa pionowa reakcji w przegubie rzeczywistym C ma zwrot zgodny natomiast składowa pozioma reakcji ma zwrot przeciwny do przyjętego.

W celu sprawdzenia obliczeń zastosujemy równania sumy rzutów wszystkich sił działających na cały układ trójprzegubowy na osie poziomą X i pionową Y. Jako dodatni przyjmiemy kierunek zgodny ze zwrotem osi X lub Y. Równania te, zgodnie z rysunkiem Z3/4.2, mają postać Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z3/4. PODSTAWY STATYKI NA PŁASZCZYŹNIE – ZADANIE 4

4

 X = H − H −16,0−8,0=20,32−−3,675−24,0=−0,005≈0

A

C

,

(Z3/4.11)

 Y = V  V −24,0−12,0=29,416,595−36,0=0,005≈0

A

C

.

(Z3/4.12)

Równania równowagi (Z3/4.11) i (Z3/4.12) zostały spełnione możemy więc stwierdzić, że składowe reakcji w przegubach A i C zostały wyznaczone poprawnie.

Rysunek Z3/4.4 przedstawia prawidłowe wartości i zwroty składowych reakcji w przegubach rzeczywistych A i C. Składowe tych reakcji oraz siły czynne działające na obie tarcze sztywne znajdują się w równowadze.

B

01,

8,0 kN

2,0

12,0 kN

I

24,0 kN

II

02,

16,0 kN

1,0

C

3,675 kN

3,0

0

6,595 kN

2,

20,32 kN

A

29,41 kN

2,0

2,0

3,0

2,0

[m]

Rys. Z3/4.4. Prawidłowe wartości i zwroty składowych reakcji w przegubach rzeczywistych A i C

Aby wyznaczyć poziomą składową reakcji w przegubie B działającą na tarczę sztywną numer I zastosujemy równanie sumy rzutów wszystkich sił działających na tę tarczę na oś X. Jako dodatni przyjmiemy kierunek zgodny ze zwrotem osi X. Zgodnie z rysunkiem Z3/4.3 składowa ta ma wartość

 X  I =− H  I  H −16,0=0

B

A

− H I 20,32−16,0=0

B

.

(Z3/4.13)

H  I =4,32 kN

B

Reakcja ma więc zwrot zgodny z założonym.

Aby wyznaczyć pionową składową reakcji w przegubie B działającą na tarczę sztywną numer I zastosujemy równanie sumy rzutów wszystkich sił działających na tę tarczę na oś Y. Jako dodatni przyjmiemy kierunek zgodny ze zwrotem osi Y. Zgodnie z rysunkiem Z3/4.3 składowa ta ma wartość

 Y  I = V  I  V −24,0=0

B

A

V  I 29,41−24,0=0

B

.

(Z3/4.14)

V  I =−5,41 kN

B

Reakcja ma więc zwrot przeciwny do założonego.

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z3/4. PODSTAWY STATYKI NA PŁASZCZYŹNIE – ZADANIE 4

5

B

4,32 kN

4,325 kN

B

4,32 kN

5,41 kN

2,0

24,0 kN

5,41 kN

5,405 kN

I

16,0 kN

4,325 kN B

3,0

1,0

8,0 kN

5,405 kN

12,0 kN

20,32 kN

A

II

2,0

C

3,675 kN

29,41 kN

2,0

2,0

6,595 kN

[m]

3,0

2,0

Rys. Z3/4.5. Prawidłowe wartości i zwroty składowych reakcji w przegubach rzeczywistych A, B i C

Aby wyznaczyć poziomą składową reakcji w przegubie B działającą na tarczę sztywną numer II zastosujemy równanie sumy rzutów wszystkich sił działających na tę tarczę na oś X. Jako dodatni przyjmiemy kierunek zgodny ze zwrotem osi X. Zgodnie z rysunkiem Z3/4.3 składowa ta ma wartość

 X  II = H II − H −8,0=0

B

C

H  II −

B

−3,675−8,0=0

.

(Z3/4.15)

H  II =4,325 kN

B

Reakcja ma więc zwrot zgodny z założonym.

Aby wyznaczyć pionową składową reakcji w przegubie B działającą na tarczę sztywną numer II zastosujemy równanie sumy rzutów wszystkich sił działających na tę tarczę na oś Y. Jako dodatni przyjmiemy kierunek zgodny ze zwrotem osi Y. Zgodnie z rysunkiem Z3/4.3 składowa ta ma wartość

 Y  II =− V  II  V −12,0=0

B

C

− V  II 6,595−12,0=0

B

.

(Z3/4.16)

V  I =−5,405 kN

B

Reakcja ma więc zwrot przeciwny do założonego.

W celu sprawdzenia obliczeń reakcji w przegubie rzeczywistym B zastosujemy równania sumy rzutów sił działających w przegubie rzeczywistym B. Sumy rzutów na oś X i oś Y, zgodnie z rysunkiem Z3/4.3, będą miały postać

 X = H  I − H  II =4,32−4,325=−0,005 kN ≈0 .

(Z3/4.17)

B

B

 Y =− V  I 

 II 

B  V B =−−5,41 −5,405=0,005 kN ≈0

.

(Z3/4.18)

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z3/4. PODSTAWY STATYKI NA PŁASZCZYŹNIE – ZADANIE 4

6

Jak więc widać reakcje w przegubie rzeczywistym znajdują się w równowadze. Rysunek Z3/4.5

przedstawia prawidłowe wartości i zwroty składowych reakcji w przegubach rzeczywistych A, B i C. Składowe tych reakcji oraz siły czynne działające na każdą z tarcz sztywnych znajdują się w równowadze.

Dr inż. Janusz Dębiński

Document Outline

  • Z3/4.1. Zadanie 4
  • Z3/4.2. Analiza kinematyczna układu trójprzegubowego
  • Z3/4.3. Analiza statyczna układu trójprzegubowego