Определение грузоподъемности жесткого стержня моносимметричного сечения при внецентренном

Растяжении-сжатии (задача № 29)

Условие задачи

Жесткий стержень загружен двумя силами – растягивающей и сжимающей (рис. 5.21). Стержень выполнен из хрупкого материала с характеристиками и . Сечение стержня симметрично и имеет форму и размеры, соответствующие рис. 5.17. Требуется:

1) найти допускаемую нагрузку на стержень из условия прочности, если отношение сжимающей и растягивающей сил

2) построить ядро сечения.

Рис. 5.21. Стержень, подверженный растяжению-сжатию двумя силами

Решение

Положение главных центральных осей инерции и моменты инерции относительно этих осей заданного сечения найдены ранее в п. 5.2.1 (пример 1). Найдем внутренние усилия в произвольном сечении стержня:

Для определения положения опасных точек построим нейтральную линию. Уравнение нейтральной линии (5.2) в данной задаче имеет вид

,

или

.

Отсюда найдем отрезки, отсекаемые нейтральной линией на осях и . Если , то

и, если , то

Рис. 5.22. Эпюра напряжений от действия сил Fр и Fс и ядро сечения

Нейтральная линия показана на рис. 5.22. Проведем касательные к контуру сечения, параллельные нейтральной линии. Опасными являются точки 1 и 1¢ (см. рис. 5.22), наиболее отдаленные от нейтральной линии. Для хрупкого материала более опасной является точка с максимальными растягивающими напряжениями, т. е. точка 1. Найдем напряжение в этой точке, подставляя в формулу (5.1) координаты точки 1:

Условие прочности в точке 1 , или

Отсюда можно найти допускаемое значение нагрузки[8]. В заключение необходимо убедиться в том, что и в точке 1¢, которая в данном примере дальше удалена от нейтральной оси, чем точка 1, и в которой действуют сжимающие напряжения, условие прочности тоже выполняется, т. е.

Теперь построим ядро сечения. Поместим полюсы во внешних угловых точках сечения. Учитывая симметрию сечения, достаточно расположить полюсы в трех точках: 1, 2 и 3 (см. рис. 5.22). Подставляя в формулы (5.12) координаты полюсов, найдем отрезки, отсекаемые нейтральными линиями на осях и . Если полюс находится в точке 1, то его координаты и

.

Нейтральная линия 1–1, соответствующая полюсу в точке 1, показана на рис. 5.22. Аналогично строим нейтральные линии 2–2 и 3–3, соответствующие полюсам 2 и 3. При построении нейтральной линии следите за тем, чтобы она проходила в квадранте, противоположном тому, в котором находится полюс. Область, заштрихованная на рис. 5.22, является ядром сечения. Для контроля на рис. 5.22 показан эллипс инерции. Ядро сечения должно находиться внутри эллипса инерции, нигде не пересекая его.