Расчет, на прочность при изгибе


Рассчитать на прочность — это значит определить напряжение и сравнить его с допустимым.

Условие прочности при изгибе:

где [σиJ — допускаемое напряжение.

По этому неравенству проводят проверочные расчеты после окончания конструирования балки.

Для балок из хрупких материалов расчеты ведут по растянутой и сжатой зоне одновременно (рис. 32.8).

 

При проектировочном расчете определя­ют потребные размеры поперечных сечений балки или подбирают материал.

Схема нагружения и действующие нагрузки известны.

По условию прочности можно определить нагрузочную способ­ность балки [Ми] = Wx [сг].

Примеры решения задач

Пример 1. Подобрать размеры сечения балки в виде двутавра. Известна схема нагружения балки (рис. 32.9), материал — сталь, допускаемое напряжение материала при изгибе

Решение

1. Для защемленной балки реакции в опоре определять не следует.

Проводим расчеты по характерным точкам. Размеры сечения подбираем из расчета по нормаль­ным напряжениям. Эпюру поперечных сил строить необязательно.

Определяем моменты в характерных точках.

МА = 0; МВ = F1• 4; Мв = 20 • 4 = 80 кН • м.

В точке С приложен внешний момент пары, поэтому расчет про­водим для левого сечения (без момента) и для правого — с момен­том т.

 

Выбираем соответствующий масштаб по максимальному значе­нию изгибающего момента. Опасное сечение — сечение балки, где действует максимальный момент. Подбираем размеры балки в опасном сечении по условию прочности

Основываясь на значении Wx = 500 см3 по таблице ГОСТ 8239-89 выбираем двутавр № 30а: момент сопротивления Wx = 518 см3; площадь сечения А = 49,9 см2.

Для сравнения рассчитаем размеры балки квадратного сечения (рис. 32.10) при том же моменте сопротивления сече­ния.

Сторона квадрата Площадь сечения бал­ки А = b2 = 14,52 = 210,2 см2.

 

Балка квадратного сечения в 4 раза тяжелее.

Пример 2. Проверить прочность деревянной балки (рис. 2.58), если[σ] = 100 кгс/см2; [т] = 10кгс/см2.

Решение

 

Максимальные изгибающий момент и попе­речная сила возникают в сечении заделки.

Максимальные нормальные напряжения

т. е. прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

Максимальные касательные напряжения

следовательно, и по касательным напряжения прочность обеспечена.

 

 

Пример 3. Подобрать сечение стальной балки, изображенной на рис. 2.59, а в трех вариантах: 1) про­катный двутавр, 2) прямоугольник с отношением сторон h/b = 4/3, 3) круг. Определить отношения масс балок пря­моугольного и круглого сечения к массе балки двутавро­вого сечения. Допускаемое напряжение [σ] = 160 Н/мм2. Проверить подобранные сечения по касательным напряже­ниям. Допускаемое касательное напряжение [т] = 96 Н/мм2.

Решение

 

Эпюры поперечных сил и изгибающих момен­тов построены на рис. 2.59,6, в.


Максимальный изгибающий момент возникает в сече­нии посередине пролета балки Мхтах= 37,5 кН-м. Тре­буемый момент сопротивления

 

Подбираем сечение балки в трех вариантах:

— Сечение — прокатный двутавр. По таблице ГОСТ 8239—72 подходит двутавровый профиль № 20а, его момент сопротивления Wx = 237 см3, площадь сечения F1 = 35,5 см2,

— Сечение — прямоугольник с отношением сторон h/b = 4/3.

Для прямоугольника Wx = bh2/6; подставляя сюда b = 3h/4 и приравнивая требуемому значению, получаем:

откуда

Площадь сечения F2 = 12,3*9,2 = 113 см2.

 

— Сечение — круг.

откуда

Площадь поперечного сечения

Отношение масс (равное отношению площадей сечений)

 

Следовательно, балка прямоугольного сечения тяжелее двутавровой в 3,18 раза, а балка круглого сечения — в 3,97 раза.

Проверим прочность балки по касательным напряже­ниям.

Наибольшая поперечная сила

 

Для двутавра № 20а из ГОСТ 8239—72 находим Jх/Sx = 172 мм, толщина стенки балки b = 0,7 см = 7 мм. Наибольшие касательные напряжения для двутавра

Для прямоугольного сечения h = 123 мм, b = 92 мм

Для круглого сечения d = 134 мм

Во всех случаях максимальные касательные напряже­ния оказались значительно ниже допускаемых.

 

Пример 4. Определить, какую наибольшую рав­номерно распределенную нагрузку q можно приложить к двухопорной балке пролетом l = 2 м, если ее сечение представляет круг d = 220 мм, а допускаемое напряжение [σ] =100 Н/мм2.

Решение

 

Для данного случая наибольший изгибаю­щий момент возникает посередине пролета

Определяем допускаемое значение наибольшего изги­бающего момента

где

Тогда

Приравниваем вычисленное значение допускаемого изги­бающего момента его значению, выраженному через на­грузку:

откуда

 

Пример 5.Определить допускаемый изгибающий момент для чугунной балки, сечение которой изображено на рис. 2.60. Допускаемые напряжения на растяжение [σр]=300 кгс/см2, на сжатие [σс] = 800 кгс/см2.

Решение

 

Момент инерции сечения вычисляем как раз­ность моментов инерции большого и малого прямоуголь­ников

Осевоймомент сопротивления

Допускаемый изгибающий момент определяем из расчета по наибольшим растягивающим напряжениям

то же, по наибольшим сжимаю­щим напряжениям

Меньший из вычисленных моментов [Мр] = 58,7 тс-м опре­деляет допускаемую нагрузку балки.

Таким образом, в чугунной балке симметричного сече­ния допускаемая нагрузка ограничивается прочностью растянутых волокон. Чтобы для чугунной балки допускае­мая нагрузка была одинакова по условиям прочности растянутых и сжатых волокон, сечение ее должно быть несимметричным относительно нейтральной оси. Расстоя­ния от нейтральной оси до крайних волокон растянутой зоны ур и сжатой ус должны удовлетворять отношению

Этого можно добиться, в частности, применив несимметричный двутавр, у которого горизонтальная полка, находящаяся в растянутой зоне, толще, чем полка, расположенная в сжатой зоне.

Контрольные вопросы и задания

 

1. Напишите формулу для определения нормального напряже­ния при изгибе в любой точке поперечного сечения.

2. Нормальное напряжение в точке В поперечного сечения 120МПа. Определите напряжение в точке С (рис. 32.11).

3. В каком случае (рис. 32.12) балка выдержит большую нагрузку?

 

 

4. Напишите формулы для определения момента инерции и мо­мента сопротивления для прямоугольника. Что характеризуют эти величины? Укажите единицы измерения этих величин.

5. Напишите условие прочности при изгибе.

6. Определите изгибающий момент в точке В (рис. 32.13), ис­пользуя метод характерных точек.

 

 
 

7. Подберите размеры поперечного сечения балки в виде швел­лера. Максимальный изгибающий момент 15кН-м; допускаемое на­пряжение материала балки 160 МПа.

 

 

ЛЕКЦИЯ 33



Дата добавления: 2020-08-31; просмотров: 677;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.018 сек.