plik


Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 1 9. 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 9.1. Wstp Omwienie zagadnienia stateczno[ci spr|ystej ukBadw prtowych nale|y rozpocz od przybli|enia problemu w sensie fizycznym. Z utrat stateczno[ci mamy do czynienia, gdy niewielka zmiana przyczyny powoduje bardzo du| zmian skutku. Idealnie spr|ysty prt przy pewnej warto[ci siBy [ciskajcej zmienia w sposb nagBy sw prostoliniow posta i przyjmuje poBo|enie wygite, czyli prt doznaje wyboczenia (rys. 9.1). N w N Rys. 9.1. Posta wyboczenia pod wpBywem dziaBania siBy osiowej W [rodku rozpito[ci prta bdzie wystpowaB moment jako skutek dziaBania siBy [ciskajcej na pewnym mimo[rodzie, na ramieniu rwnym warto[ci ugicia tego prta w. Odchodzimy od zasady zesztywnienia, ktra zakBada, |e ciaBa przed, jak i po odksztaBceniu traktowane s jak bryBy sztywne, zajmujce tak|e po obci|eniu konfiguracj pierwotn. Utrata stateczno[ci nastpi po osigniciu przez siB osiow pewnej warto[ci krytycznej, ktrej towarzysz dwa stany rwnowagi odpowiadajce prostoliniowej lub krzywoliniowej osi prta. Oznacza to, |e dalszy wzrost obci|enia mo|e nastpowa po dwch [cie|kach rwnowagi. Punkt w ktrym wystpuje rozdwojenie [cie|ki (stanu rwnowagi) nazywamy punktem bifurkacji. 9.2. Wyznaczanie siBy krytycznej Analiz utraty stateczno[ci (wyboczenia) ukBadw prtowych dokonamy na przykBadzie dowolnego prta (rys. 9.2), ktry jest dowolnie zamocowany i obci|ony dowolnymi siBami. Do takiego prta przykBadamy staB siB normaln ([ciskajc) N. q(x) i k N N x EJ l y,w Rys. 9.2. Prt dowolnie obci|ony poddany dziaBaniu siBy osiowej N Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 2 Pod wpBywem dziaBania siB ukBad doznaje pewnego odksztaBcenia. W stanie odksztaBconym wycinamy z ukBadu maBy element dx (rys 9.3) na ktry dziaBaj siBy zarwno wewntrzne jak i zewntrzne. q(x) M M+dM  N dw T N+dN T+dT dx Rys. 9.3. NieskoDczenie maBy element poddany dziaBaniu siB wewntrznych i zewntrznych Dla elementu dx zapisujemy warunki rwnowagi: Y =0 " -T qxdxT dT =0 dT q x=- (9.1) dx M =0 " M q xdx"dx T dT dx-M dM N"dw=0 2 dx2 M q x T"dxdT"dx-M dM N"dw=0 2 pomijajc warto[ci maBe wy|szego rzdu oraz redukujc wyrazy podobne otrzymujemy ostatecznie: dM =T N"dw=T N"w' (9.2) dx dx Poniewa| siBa normalna nie ma zwizku z krzywizn prta obowizuje zale|no[: 2 EJ"d w=-M x dx2 Po zr|niczkowaniu i podstawieniu wyra|enia (9.2) otrzymujemy rwnanie r|niczkowe osi odksztaBconej: EJ"wIII =-dM =-T -N"wI (9.3) dx Kolejne r|niczkowanie i podstawienie zale|no[ci (9.1) daje: EJ"wIV N"wII =q x czyli Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 3 4 2 EJ"d wN"d w =qx dx2 dx2 Aby rozwiza rwnanie r|niczkowe najpierw zajmujemy si caBk ogln rozwizania. Rozwizujemy przypadek rwnania jednorodnego (zakBadamy q x=0 ): 4 d w "d 2 w=0 2 (9.4) dx2 dx2 gdzie N 2= EJ Rozwizanie mo|na przyj w postaci wielomianu: w x=C0C1"xC2"sin xC3"cos x (9.5) Na jego podstawie okre[limy rwnanie kta obrotu dw x x=tg x= =C1"C2"cos x-"C3"sin x (9.6) dx i rwnanie momentu zginajcego 2 M x=-d w"EJ =EJ 2"C2"sin x2"C3"cos x (9.7) [ ] dx2 Z warunku (9.3) wyznaczymy rwnanie siBy poprzecznej dM x-N"dw T x= =EJ 3"C2"cos x-3"C3"sin x -N" "C2"cos x-"C3"sin x [ ] [C ]= 1 dx dx =EJ 3 2"cos x-C3"sin x "cos x-C3"sin x = [C ]-N [C ]-N"C (9.8) 2 1 N = "cos x-C3"sin x EJ" "-N -N"C1=-N"C1 [C ]" EJ 2 StaBe C trzeba wyznaczy na podstawie warunkw brzegowych. Dalsze rozwa|ania przeprowadzimy dla i prtw o zdefiniowanych podporach. PrzykBad 1 Okre[lenie stanu rwnowagi belki wolnopodpartej o jednorodnych warunkach brzegowych (rys. 9.4) i k N N l Rys. 9.4. Belka wolnopodparta poddana dziaBaniu siBy osiowej Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 4 Najpierw nale|y okre[li warunki brzegowe, ktre posBu| do wyznaczenia staBych ze wzorw (9.5), (9.6), (9.7), (9.8):  dla x = 0 wi=0 M =0 ik  dla x = l wk=0 M =0 ki Korzystajc z rwnania osi odksztaBconej w(x) otrzymujemy zale|no[ci: wi x=0=0 C0C3=0 wk x=l C0C1"lC "sin lC3"cos l=0 2 natomiast ze wzoru (9.7) otrzymujemy zwizki: M x=0=0 EJ"2"C3=0 ik M x=l =0 EJ 2"C2"sin l2"C3"cos l =0 [ ] ki W ten sposb otrzymali[my ukBad rwnaD algebraicznych jednorodnych z czterema niewiadomymi C , C , C , 0 1 2 C , dla ktrego nietrywialne rozwizanie (trywialne rozwizanie to C = C = C = C = 0) uzyskamy, gdy 3 0 1 2 3 wyznacznik ukBadu bdzie rwny zero. Po zredukowaniu rwnaD pierwszego i trzeciego (C = C = 0) 0 3 C1"lC2"sin l=0 { EJ 2"C2"sin l=0 l sinl det#"W#"=det =0 #" #" 0 sinl Z przyrwnania wyznacznika do zera otrzymujemy rwnanie charakterystyczne, l sin l=0 a z niego pierwiastki, czyli warto[ci wBasne  . Poniewa| funkcja sin x osiga zero dla x = n to: i n l=n = (9.9) l gdzie n okre[la liczb naturaln. Z warunku (9.4) wiemy, |e: N (9.10) = EJ Wobec tego Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 5 n N = EJ l 2"EJ N = "n2 (9.11) l2 1 ,2 , ... ,n " Warto[ci wBasnych jest nieskoDczenie wiele z uwagi na posta funkcji sin x a ka|dej odpowiada jedna posta wyboczenia. Rozwa|ana belka mo|e dozna wyboczenia po przekroczeniu przez siB osiow warto[ci krytycznej okre[lonej wzorem (9.11). PrzykBad 2 Wyznaczenie siBy krytycznej dla belki poddanej dziaBaniu siB osiowych N i momentw M (rys. 9.5). M M i k N  N l Rys. 9.5. Belka wolnopodparta poddana dziaBaniu momentw i siBy osiowej Z rwnania pracy wirtualnej wyznaczamy warto[ ugicia w [rodku rozpito[ci belki: l 1"Ml2 = 2 8 EJ Funkcj linii ugicia wyra|on przez zmienn bezwymiarow: x = (9.12) l przyjmujemy w postaci wielomianu: w=C0C1C2"sin C3"cos (9.13) gdzie Nl2 ="l 2= (9.14) EJ Okre[lamy warunki brzegowe dla analizowanej belki:  dla x = 0, =0 w0=0 M 0 w' ' 0=- "l2 EJ  dla x = l, =1 Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 6 w1=0 M 1 w' ' 1=- "l2 EJ Wykorzystujc wzory (9.5), (9.6), (9.7), (9.8) mo|na wyznaczy warto[ci C , C , C , C z ukBadu rwnaD: 0 1 2 3 w0=C0C1"0C2"sin "0 C3"cos "0 =0 w1=C0C1"1C2"sin "1 C3"cos "1 =0 M 0 w' ' 0=- 2"C2"sin "0 2"C3"cos "0 =- "l2 EJ M 1 { w' ' 1=- 2"C2"sin "1 2"C3"cos "1 =- "l2 EJ ktry po uproszczeniu przyjmuje posta: C0C3=0 C0C1C2"sinC3"cos =0 M 0 -2"C3=- "l2=-M l2 EJ EJ M 1 { -2 C2"sin C3"cos =- "l2=-M l2 EJ EJ Podstawiajc zale|no[ (9.14) mo|emy z rwnania trzeciego wyznaczy warto[ C : 3 N M M - "l2"C3=- "l2 C3= EJ EJ N Nastpnie na mocy rwnania pierwszego wyliczamy warto[ C : 0 M C0=-C3=- N Z rwnania czwartego liczymy warto[ C : 2 1-cos N M M M - "l2 C "sin "cos =- "l2 C2= " 2 EJ N EJ N sin Na koniec wyznaczam ostatni warto[ C : 1 1-cos M M M - C1 " "sin "cos =0 N N sin N M M M M C1= - "cos - "cos C1=0 N N N N Otrzymane warto[ci pozwol nam wyznaczy ostateczne rwnanie linii ugicia: 1-cos 1-cos M M M M w=- 0"" " "sin "cos = " "sin cos -1 [ ] N N sin N N sin ponadto podstawiajc przeksztaBcone wyra|enie (9.14) mo|emy zapisa rwnanie linii ugicia w lekko Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 7 zmienionej postaci: 1-cos Ml2 w= " "sin cos -1 (9.15) [ ] EJ 2 sin 1 l Warto[ ugicia belki dla = x= zale|y od parametru , zgodnie z (9.15): 2 2 1-cos2 sin2 1-cos 1 Ml2 Ml2 2 2"sin cos -1 = w = " "sin cos -1 = " [ ] 2 sin 2 2 2 2 EJ 2 EJ 2 2 sin "cos [ ] 2 2 1-cos2 sin2 2 cos2 -2 cos 1-cos2 1cos2 -2 cos Ml2 2 2 2 2 Ml2 " 2 2 2 = " = = EJ 2 EJ 2 2 cos 2 cos 2 2 2-2 cos 1-cos Ml2 2 Ml2 " 2 = " = EJ 2 2 cos EJ 2 cos 2 2 Ostatecznie warto[ linii ugicia belki w poBowie jej rozpito[ci wynosi: 1-cos 1 Ml2 2 w = f = " 2 EJ 2 cos 2 Ml2 Dla belki nie obci|onej siB osiow N =0 =0 powinni[my otrzyma warto[ . Poniewa|: 8 EJ 1-cos 2 1 lim = (9.16) 8 0 2"cos 2 Ml2 to f =0 = . 8 EJ Przyrwnujc przemieszczenie wyboczeniowe f() (belka obci|ona siB N) do przemieszczenia w belce bez l [ciskania otrzymujemy funkcj: 2 1-cos Ml2 " 2 EJ 2 cos (9.17) 8" 1-cos 2 f 2 F = = = l 1"Ml2 2"cos 2 8 EJ 2 Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 8 Wykres powy|szej funkcji w zale|no[ci od wielko[ci parametru  przedstawiono na rys. 9.6. F() 1   Rys. 9.6. Funkcja porwnawcza Funkcja posiada asymptot dla  = . Wobec tego wyboczenie (du|y wzrost przemieszczenia bez zmiany obci|enia) nastpi gdy: Nl2 2= =2 (9.18) EJ Std siBa krytyczna wynosi: 2"EJ Skr=N = (9.19) l2 Dla siBy rozcigajcej musimy zmieni znak siBy osiowej: 2 2=-Nl (9.20) EJ Obliczenia przeprowadzamy analogicznie jak dla siBy [ciskajcej lub te| stosujc teori liczb zespolonych mo|na wprost zastosowa wzory transformacyjne wprowadzajc w miejsce parametru  parametr zastpczy, ktry wynosi: =i" (9.21) gdzie: i= (9.22) -1 Dla zmiennych zespolonych wprowadzamy funkcje hiperboliczne, cos i =cosh (9.23) sin i =i sinh ktrych pochodne wynosz odpowiednio: cosh '=sinh sinh '=cosh Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 9 Jak wiemy funkcje hiperboliczne (sinh  i cosh ) nie s funkcjami okresowymi, zatem nie istnieje siBa krytyczna dla prta rozciganego. Dla r|nego typu belek, w zale|no[ci od sposobu podparcia otrzymujemy r|ne warto[ci siBy krytycznej:  belka obustronnie utwierdzona (rys. 9.7): N N l Rys. 9.7. Belka obustronnie utwierdzona poddana dziaBaniu siBy osiowo [ciskajcej EJ"2 Skr= (9.24) 0,5 l2  belka jednostronnie utwierdzona (rys. 9.8): N N l Rys. 9.8. Belka utwierdzona poddana dziaBaniu siBy osiowo [ciskajcej EJ"2 Skr= (9.25) 2 l 2  belka utwierdzona i z przegubem (rys. 9.9): N N l Rys. 9.9. Belka utwierdzona z przegubem na jednym koDcu poddana dziaBaniu siBy osiowo [ciskajcej EJ"2 Skr= (9.26) 0,7 l2 Mno|nik, ktry wystpuje w mianowniku wyra|enia na siB krytyczn nazywany jest wspBczynnikiem wyboczeniowym . 9.3. Okre[lenie wzorw transformacyjnych dla prtw poddanych dziaBaniu siBy normalnej Wzory transformacyjne metody przemieszczeD, podobnie jak warto[ siBy krytycznej zale|e bd od sposobu podparcia belki. Poni|ej przedstawiono kilka przykBadw r|nego sposobu podpar: Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 10 PrzykBad 3 Wyznaczy wzory transformacyjne dla belki obustronnie utwierdzonej (rys. 9.10). Nale|y rozwiza zadanie niejednorodne. Warto[ci przemieszczeD przywzBowych przyjmujemy jako znane. Zwroty siB i przemieszczeD przyjmujemy jako dodatnie te, ktre s zaznaczone na rys. 9.10. i k EJ N N l i k i i vi vk Rys. 9.10. Belka obustronnie utwierdzona poddana dziaBaniu siBy osiowo [ciskajcej Zadanie polega na znalezieniu relacji pomidzy wzBowymi przemieszczeniami, a siBami przywzBowymi M i ,k , vi , vk (np. ). Wyznacza si je z warunkw brzegowych, ktre w tym przypadku wszystkie s ik niezerowe: w x=0=vi w x=l =vk x=0=i x=l =k Przyjmujemy funkcj linii ugicia w postaci wielomianu: w x=C0C1"xC2"sin xC3"cos x Dalej korzystamy ze zwizkw (9.5) i (9.6), co prowadzi do ukBadu rwnaD niejednorodnych: vi=C0C1"0C2"sin 0C3"cos 0=C0C3 vk=C0C1"lC2"sin lC3"cos l i=C1"C2"cos 0-"C3"sin 0=C1"C2 { k=C1"C2"cos l-"C3"sin l Z powy|szego ukBadu rwnaD wyznaczamy warto[ci C , C , C , C . Znajc ju| warto[ci staBych C mo|na w 0 1 2 3 j prosty sposb, ze zwizkw (9.7) i (9.8) doj[ do wzorw transformacyjnych, ktre w oglnej postaci mo|na zapisa: EJ M =M 0= " '"i'"k-'"ik (9.27) ik l EJ M =M l = " '"i'"k-'"ik (9.28) ki l EJ T =T =T 0=T l =- " ik -'"ik (9.29) '" ik ki l2 Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 11 vk-vi Kt obrotu ciciwy prta jest zale|ny od przemieszczeD wzBowych: ik= l Przyjmujc oznaczenia: Nl2 2= EJ 1 f = (9.30) 2 tg - 2 mo|emy zapisa wspBczynniki ', ', ', ' w prostych postaciach: '= " tg - "f (9.31) tg '= " -sin "f (9.32) sin '=''=2"tg "f (9.33) 2 '=3"f (9.34) Mo|na wykona przej[cie graniczne je|eli przyjmiemy N =0 =0 , to w prosty lecz bardzo pracochBonny sposb korzystajc z reguBy de l'Hospitala mo|emy policzy warto[ci wspBczynnikw: lim ' =4 (9.35) 0 lim ' =2 (9.36) 0 lim ' =lim ' lim ' =42=6 (9.37) 0 0 0 lim ' =12 (9.38) 0 ktre pokrywaj si z warto[ciami wystpujcymi we wzorach transformacyjnych prta utwierdzonego bez siBy osiowej. PrzykBad 4 Wyznaczy wzory transformacyjne dla belki z przegubem (rys. 9.11). i k EJ N N l i vi vk Rys. 9.11. Belka utwierdzona z przegubem na jednym koDcu poddana dziaBaniu siBy osiowo [ciskajcej Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 12 Tym razem warunki brzegowe obejmuj przemieszczenia i siBy (warunki kinematyczne i statyczne): w x=0=vi w x=l =vk x=0=i M x=l =0 Na podstawie wzorw (9.5), (9.6), (9.7) tworzymy ukBad rwnaD: vi=C0C1"0C2"sin0C3"cos 0=C0C3 vk=C0C1"lC2"sin lC3"cos l i=C1"C2"cos 0-"C3"sin 0=C1"C2 { EJ 2"C2"sin l2"C3"cos l =0 [ ] z ktrego wyznaczamy warto[ci C , C , C , C . Na ich podstawie ze wzorw (9.7) i (9.8) tworzymy funkcje: 0 1 2 3 EJ M =M 0= " ' '"i-' '"ik (9.39) ik l M =M l =0 (9.40) ki EJ T =T =T 0=T l =- " ' '"i-' '"ik (9.41) ik ki l2 gdzie: 2"tg ' '= (9.42) tg - 3 ' '= (9.43) tg - Nl2 2= EJ I tym razem przej[cie graniczne, gdy N =0 =0 prowadzi do poprawnych rezultatw. 2 2 "tg 2"tg cos2 2"tg "cos2 2 H lim ' '=lim =lim =lim = tg - 1 0 0 0 0 1-cos2 -1 cos2 2"tg "cos2 2-2"tg "sin 2 2 2"tg "cos2 -2 "tg "sin 24 =lim =lim = sin 2 sin 2 0 0 (9.44) 2"sin 2 2-2"tg "sin 2-2"tg "sin 2 - -4 "cos 2"tg 4 cos2 =lim = 2 cos 2 0 2 "sin 2 2-4"tg "sin 2 - -4 "cos 2 "tg 4 cos2 2-0-0-04 =lim = =6 =3 [ ] 2 cos 2 2 2 0 Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 13 3 32 32"cos2 H lim ' '=lim =lim =lim = tg - 1 0 0 0 1-cos2 -1 cos2 6 "cos2 -32"sin 2 6"cos2 -6 "sin 2-6 "sin 2-6 2"cos 2 (9.45) H =lim ==lim = sin 2 2 cos 2 0 0 6"cos2 -12 "sin 2 -6 2"cos 2 6-0-0 6 =lim = = =3 [ ] 2 cos 2 2 2 0 PrzykBad 5 Wyznaczy wzory transformacyjne dla belki o schemacie jak na rys. 9.12. i k EJ N N l i k vi Rys. 9.12. Belka utwierdzona z podpor [lizgow na jednym koDcu poddana dziaBaniu siBy osiowo [ciskajcej Tak jak w poprzednim zadaniu okre[lamy warunki brzegowe: w x=0=vi T x=l =0 x=0=i x=l =k W rzeczywisto[ci ugicie w punkcie i bdzie rwne zero, nie ma to jednak wpBywu na warto[ci momentw i siB poprzecznych dla danej belki, gdy| warto[ C nie wystpuje we wzorze na M i T . 0 ik ik Po rozpisaniu powy|szych warunkw brzegowych otrzymujemy ukBad rwnaD niejednorodnych: vi=C0C1"0C2"sin 0C3"cos 0=C0C3=0 -N"C1=0 i=C1"C2"cos 0-"C3"sin 0=C1"C 2 { k=C1"C2"cos l-"C3"sin l Z powy|szych rwnaD wyznaczamy warto[ci C , C , C , C . Poniewa| we wzorze na M znajduj si tylko 0 1 2 3 ik warto[ci C i C , a z drugiego rwnania brzegowego wiemy, |e C =0, zatem: 2 3 1 i C = 2 Podstawiamy powy|sz zale|no[ do ostatniego rwnania brzegowego: Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 14 i k=0 " "cos l-"C3 "sinl i przeksztaBcamy je w nastpujcy sposb: "C3 "sinl=i"cos l-k Otrzymujemy szukan warto[ C , ktra wynosi: 3 1 C3 = " i"cos l-k "sinl Podstawiamy warto[ci C i C , do rwnania na M , przy x = 0: 2 3 ik 1 M x=EJ"2 "C2 "sin02 "C3 "cos 0=EJ" 2 " " i"cosl-k "1 [ ] "sin l M x=EJ" " i"cosl-k "1 [ ] sin l Zale|no[ci okre[lajce poszczeglne wspBczynniki: 2 N N N"l2 = = = 2= EJ EJ l l2 EJ podstawiamy do rwnania na M . Otrzymujemy wzr transformacyjny: ik 1 M =EJ" " i"cos -k "1 ik [ ] l sin EJ M = " i" -k" ki l tg sin Analogicznie postpujemy obliczajc wzr na M . Ostatecznie wzory transformacyjne dla danej belki mo|emy ki zapisa w nastpujcy sposb: EJ M =M 0= " ' ' '"i' ' '"k (9.46) ik l EJ M =M l = " ' ' '"i' ' '"k (9.47) ki l T =T =T 0=T l =0 (9.48) ik ki gdzie: ' ' '= (9.49) tg ' ' '=- (9.50) sin Nl2 2= EJ Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 15 N =0 =0 Je|eli przyjmiemy , mo|emy z reguBy de l'Hospitala policzy warto[ci wspBczynnikw: H 1 lim ' ' '=lim =lim =lim cos2 =1 tg 1 0 0 0 0 (9.51) cos2 -1 H -1 lim ' ' '=lim =lim =-1 (9.52) sin cos 0 0 0 ktre s zgodne ze wzorami dla belki bez [ciskania. PrzykBad 6 Wyznaczy wzory transformacyjne dla belki lewostronnie utwierdzonej (rys. 9.13). i k EJ N N l i vi Rys. 9.13. Belka utwierdzona poddana dziaBaniu siBy osiowo [ciskajcej Tym razem mamy dwa warunki statyczne i dwa kinematyczne: w x=0=vi M x=l =0 x=0=i T x=l =0 W rzeczywisto[ci ugicie w punkcie i podobnie jak w poprzednim przypadku bdzie rwne zero i tak samo nie ma wpBywu na warto[ momentw i siB poprzecznych dla danej belki. Podstawiajc powy|sze zale|no[ci do znanych nam ju| wcze[niej wzorw otrzymujemy kolejno rwnania: vi=C0C1"0C2"sin 0C3"cos 0=C0C3=0 EJ 2"C2"sin l2"C3"cos l =0 [ ] i=C1"C2"cos 0-"C3"sin 0=C1"C 2 { -N"C1=0 Z ukBadu rwnaD niejednorodnych wyznaczamy warto[ci C , C , C , C . Poniewa| we wzorze na M znajduj 0 1 2 3 ik si tylko warto[ci C i C , a z ostatniego rwnania brzegowego wiemy, |e C = 0, zatem: 2 3 1 i C = 2 Podstawiamy powy|sz zale|no[ do rwnania drugiego: Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 16 i EJ 2" "sin l2"C3"cos l =0 [ ] oraz dzielimy przez wyra|enie EJ"2 i przeksztaBcamy: i sin l C3=- " cos l Otrzymujemy szukan warto[ C , ktra wynosi: 3 i C3 =- "tg l Podstawiamy warto[ci C i C , do rwnania na M , przy x=0: 2 3 ik i M =M x=0=EJ"2 "C2 "sin02 "C3 "cos0=EJ"2 " - "tg l ik Korzystajc z zale|no[ci: 2 N N N"l2 = = = 2= EJ EJ l l2 EJ otrzymujemy ostateczn posta wzoru transformacyjnego na moment: M =EJ"" -i"tg ik EJ M = "" -i"tg ik l Ostatecznie wzory transformacyjne dla danej belki mo|emy zapisa w nastpujcy sposb: EJ M =M 0= "IV"i (9.53) ik l M =M l =0 (9.54) ki T =T =T 0=T l =0 (9.55) ik ki gdzie: IV =-"tg (9.56) Nl2 2= EJ Je|eli przyjmiemy N =0 =0 to: lim IV =0 (9.57) 0 Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 17 Przemieszczenie podpory nie powoduje powstania siB wewntrznych. Natomiast we wsporniku z siB osiow wystpuje zginanie (siBa poprzeczna jest zerowa). PrzykBad 7 Wyznaczy wzory transformacyjne dla belki poddanej dziaBaniu siBy rozcigajcej (rys. 9.14). i k N N EJ l k vi vi Rys. 9.14. Belka z przegubem i z utwierdzeniem [lizgowym poddana dziaBaniu siBy osiowo rozcigajcej. W przypadku belki poddanej dziaBaniu siBy rozcigajcej nale|y rozwiza rwnanie r|niczkowe: 4 d w- "d 2 w 2 =0 (9.58) dx2 dx2 Znak  - oznacza dziaBanie siBy rozcigajcej, ponadto: #"N#" 2= l2 (9.59) EJ CaBk ogln w tym przypadku przyjmujemy w postaci wielomianu: w x=C0C1"xC2"sinh xC3"cosh x (9.60) Na jego podstawie okre[limy rwnanie kta obrotu dw x=C x"C3"sinh x 1"C2"cosh x=tg x= (9.61) dx rwnanie momentu zginajcego 2 d w"EJ =-EJ 2"C2"sinh x2"C3"cosh x M x= (9.62) [ ] dx2 i rwnanie siBy poprzecznej dM xN"dw T x= =N"C1 (9.63) dx dx Okre[lamy warunki brzegowe: Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 18 w x=0=vi T x=l =0 M x=0=0 x=l =k Po rozpisaniu powy|szych warunkw brzegowych otrzymujemy ukBad rwnaD niejednorodnych, z ktrych 2 C0 , C1 , C , C3 wyznaczymy warto[ci : vi=C0C1"0C2"sinh 0C3"cosh 0=C0C3=0 -N"C1=0 C1=0 C3=0 -EJ 2"C2"sinh 02"C3"cosh0 =0 [ ] { 2"cosh k=C1"C l"C3"sinh l Jak wida wszystkie warto[ci poza warto[ci C znajdujc si we wzorze na M s rwne zero, zatem: 2 ik k C2= "cosh l Podstawiamy warto[ C do rwnania na M , przy x = l: 2 ki k M =M x=l =-EJ" 2 "C2 "sinh l2 "C3 "cosh l =-EJ" 2 " "sinh l = ki [ ] "cosh l "k =-EJ" "sinh l =-EJ" "k"tgh l [ ] [ ] cosh l Korzystajc z zale|no[ci: N N N"l2 2 = = = 2= EJ EJ l l2 EJ otrzymujemy wzr transformacyjny: " M =-EJ" "tgh ki k [ ] l EJ M =- " "k"tgh ki l Zauwa|my, |e dla belki o identycznym schemacie statycznym, ale poddanej sile [ciskajcej otrzymaliby[my nastpujcy wzr transformacyjny: EJ M = " "k"tg ki l Oznacza to, |e mo|emy w prosty sposb zapisa wzory transformacyjne dla prta poddanego sile rozcigajcej, na podstawie wzorw otrzymanych dla tego samego prta, gdy dziaBa na niego siBa [ciskajca. Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 19 Aby otrzymywane wyra|enie mo|na byBo Batwo przeksztaBca, doprowadzmy rwnanie r|niczkowe dla prta rozciganego do postaci identycznej jak dla prta [ciskanego. Wykonujemy podstawienie =i Na podstawie wyra|enia 4 d w- 2 w 2"d =0 dx2 dx2 otrzymujemy 4 d w "d 2 w 2 =0 dx2 dx2 poniewa|: 2=-2 Skoro obydwa rwnania r|niczkowe maja tak sam posta, to rozwizania otrzymane dla prta [ciskanego, s prawdziwe (przy odpowiednim podstawieniu) rwnie| dla prta rozciganego. W tej sytuacji, aby uzyska odpowiedni posta rwnaD, nale|y wykona nastpujce podstawienia: =i sin=sin i =i sinh cos=cos i =cosh pamitajc jednocze[nie, |e . i2=-1 Ostatecznie wzory transformacyjne dla danej belki (rys.9.14) poddanej sile rozcigajcej mo|emy zapisa w nastpujcy sposb: M =M 0=0 (9.64) ik EJ M =M l =- "' ' ' '"k (9.65) ki l T =T =T 0=T l =0 (9.66) ik ki gdzie: ' ' ' '="tgh (9.67) Nl2 2= EJ N =0 =0 Je|eli przyjmiemy to: lim ' ' ' '=0 (9.68) 0 co oznacza, |e moment przywzBowy M w belce nie obci|onej osiowo wynosi zero. ki Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 20 9.4. Oglne wzory transformacyjne dla prtw poddanych dziaBaniu siBy normalnej Wyznaczone dotychczas wzory transformacyjne mo|na wyrazi w innej formie: " dla prta obustronnie utwierdzonego (rys 9.15): i k N N EJ l i k i i vi vk Rys. 9.15. Belka obustronnie utwierdzona Wzory transformacyjne maj posta (jest to inna posta wzorw transformacyjnych z przykBadu 3): EJ M = " cisk-rik (9.69) ik l EJ M = " sick-r ik (9.70) ki l Pomidzy wspBczynnikami zachodzi relacja: r =sc (9.71) Warto[ci wspBczynnikw mo|emy wyznaczy ze wzorw:  przy [ciskaniu sin -"cos cs= (9.72) 2 1-cos -"sin -sin ss= (9.73) 2 1-cos -"sin  przy rozciganiu sinh -"cosh cr= (9.74) 2 cosh -1 -"sinh -sinh sr= (9.75) 2 cosh -1 -"sinh Bez wzgldu na znak dziaBajcej siBy osiowej wspBczynnik  wynosi Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater Cz[ 2 9. STATECZNOZ SPR{YSTA UKAADW PRTOWYCH 21 N l2 = EJ " dla prta z przegubem (rys. 9.16): i k N EJ N l i vi vk Rys. 9.16. Belka utwierdzona z przegubem na jednym koDcu Wzory transformacyjne maj posta (jest to inna posta wzorw transformacyjnych z przykBadu 4): EJ M = "" i-ik c (9.76) ik l Warto[ wspBczynnika wyznaczamy w zale|no[ci od zwrotu siBy osiowej:  przy [ciskaniu: 2"sin cs= (9.77) sin-"cos  przy rozciganiu: 2"sinh cr= (9.78) -sinh"cosh Podobnie jak poprzednio parametr  nie zale|y od znaku siBy osiowej #"N#"l2 2 = EJ poniewa| jej znak uwzgldniono w funkcjach trygonometrycznych. Dobra D., Dziakiewicz A., Jambro|ek S., Komosa M., MikoBajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. AlmaMater

Wyszukiwarka