Условие прочности при растяжении сжатии

Условие прочности при растяжении (сжатии) выражается неравенством:

где [σ] – допускаемые напряжения, определяются как:

 

n – коэффициент запаса прочности, устанавливаемый нормативными документами.

 

Условие прочности позволяет решать три типа задач:

1. Проверка прочности (проверочный расчет)

 

2. Подбор сечения (проектировочный расчет)

 

3. Определение грузоподъемности (допускаемой нагрузки)

 

 

Условие жесткости

Условие жесткости стержня

 

Условие жесткости узла стержневой системы

 

Потенциальная энергия упругой деформации стержня

Кручение круглых валов

Кручением называется такой вид нагружения (деформации), при котором в поперечных сечениях бруса возникает только один внутренний силовой фактор – крутящий момент T (рис 5.1). Этот вид нагружения возникает при приложении к брусу пар сил, плоскости действия которых перпендикулярны его оси. Такие брусья принято называть валами.

 

Внешние пары, приложенные к валу, будем называть скручивающими моментами. Они могут быть сосредоточенными М₁, М₂, …, М_n или распределенными m по длине вала l. Крутящий момент является равнодействующим моментом напряжений, возникающих в каком-либо сечении вала относительно его продольной оси.

 

Внутренний крутящий момент

При определении величины крутящего момента используется метод сечений. Суть его заключается в следующем: рассекаем вал сечением и отбрасываем одну из частей вала, расположенную либо справа, либо слева от сечения.

Обычно отбрасывают ту часть, к которой приложено больше скручивающих пар. Действие отброшенной части на рассматриваемую заменяют внутренним силовым фактором – крутящим моментом T. Затем из условий равновесия остановленной части вала определяют крутящий момент:

 

T = М _к = Σ М _i. (5.1)

 

Таким образом, крутящий момент в каком либо сечении вала является уравновешивающей парой сил всех внешних скручивающих пар, приложенных либо слева, либо справа от рассматриваемого сечения.

 

Рис. 5.1

Угол сдвига

Напряжения при кручении

Распределение касательных напряжений

 

Максимальное касательное напряжение

 

Геометрические характеристики круглых сплошных сечений вала:

- полярный момент инерции

 

- полярный момент сопротивления

Деформации вала

Угол закручивания:

- относительный

 

- абсолютный

 

Условия прочности и жесткости вала

Расчет вала при кручении сводится к одновременному удовлетворению двух условий:

- условия прочности:

 

- условия жесткости:

Прямой поперечный изгиб

Поперечным изгибом называется такой вид деформирования бруса, при котором внешние нагрузки действуют перпендикулярно к его продольной оси. Деформация изгиба заключается в искривлении оси бруса. Брус с прямой осью, работающий на изгиб, называется балкой. Если плоскость действия внешних нагрузок проходит через ось балки и одну из главных центральных осей поперечного сечения, изгиб называется прямым. В этом случае ось балки искривляется в плоскости действия нагрузок и является плоской кривой.

 

В сечениях балки возникают два внутренних силовых фактора: изгибающий момент М_х и поперечная сила Q_y

 

Правила контроля построения эпюр Q и М при изгибе (рис. 6.1).

Дифференциальные зависимости между q, Q_y и М_х имеют вид:

 

 

1. В сечении, где приложена сосредоточенная сила, - на эпюре Q_y скачок по модулю равный этой силе, на эпюре М_х – излом навстречу силе.

2. В сечении, где приложена сосредоточенная пара сил, - на эпюре М_х скачок по модулю равный этой паре сил. На эпюре Q_y это не сказывается.

 

3.Если на участке имеется равномерно распределенная нагрузка, то Q_y изменяется по линейному закону, М_х – по параболе, выпуклостью навстречу нагрузке q (М_х = М_экстр – в сечении, где Q_y меняет свой знак).

 

Рис. 6.1

 

Изгиб называется чистым, если в сечении балки возникает только изгибающий момент М_х.