Определить реакции во внешних и внутренних связях конструкции.
Определить внутренние усилия в стержнях 1 и 2. (собственный вес стержней не учитывать, горизонтальный стержень считать абсолютно жестким)
Определить площади поперечных сечений деформируемых стержней 1 и 2 из условия прочности.
Определить поворот горизонтального стержня и перемещение сечения в результате изменения длин стержней 1 и 2.
Общие данные: Материал стержней сталь Ст.3 Е = МПа,
Решение
Определение реакции во внешних и внутренних связях конструкции:
Изобразим систему в масштабе и покажем реакции в опорных устройствах, как это принято в "теоретической механике". Система имеет 3 опоры (внешние связи):
Из треугольника АСF:
sinα=aa2+d2=1,81,82+12=0,8742.
cosα=da2+d2=11,82+12=0,4857.
Разобьем конструкцию на три элемента и определим сначала реакции там, где это возможно (на горизонтальном стержне).
Реакции в связях обычно определяются из условий равновесия. Для плоской системы сил можно записать три уравнения равновесия:
h=dsinα=0,8742 м. – плечо силы RA.
Заменим распределенную нагрузку q сосредоточенной силой Q:
Q=qc+d=54∙1,4+1=129,6 кН.
Помещаем ось Z в точку C.
MC=0 Qc+d2-d+RAh=0;
RA=-Qhc+d2-d=-129,6∙1030,87421,4+12-1=-29,65 кН;
Помещаем ось в точку A.
MA=0 Qc+d2+RCd=0;
RC=-Qdc+d2=-129,6∙10311,4+12=-155,52 кН;
X=0 HA-RAsinα=0;
HA=RAcosα=-29,65∙0,4857=-14,4 кН;
Выполним проверку:
Y=0 RAsinα-Q-RC=0;
-29,65∙0,8742-129,6+155,52=-0,0436 кН;
Не следует надеяться, что проверочное уравнение будет совершенно выполняться. Получили абсолютную погрешность из-за округления результатов вычислений, а они неизбежны. Точность произведённого расчёта характеризуется относительной погрешностью в процентах
. Определяется она следующим образом. Заметим, что абсолютная погрешность есть разность двух сумм:
A=-29,65∙0,8742-129,6=-155,476
B=155,52
Погрешность A-BA=155,476-155,52155,476∙100%=0,03%.
Рассмотрим элементы 1 и 2. Заметим, что в дальнейших расчётах целесообразно оперировать реальными направлениями сил.
Определим внешние реакции в опорах, из условия равновесия, ось Х направим вдоль стержней:
X1=0 P+RA-RF=0;
RF=P+RA=16+29,65=45,65 кН;
X2=0 RE-RC=0;
RE=RC=155,52 кН;
После вычисления всех сил, внешних по отношению к элементам, можно приступить к определению внутренних усилий в них (они называются также внутренними силовыми факторами).
Определение внутренних усилий в стержнях
Внутренние усилия в стержнях обусловлены внешними силами и определяются также из уравнений равновесия, аналогично тому, как определялись реакции во внутренних связях, соединяющих элементы конструкции между собой. Стержень можно представить как совокупность частей, ограниченных двумя поперечными сечениями, удерживаемых силами межатомного взаимодействия от взаимного смещения при действии внешних сил. В любом поперечном сечении эти силы можно изобразить и вычислить, рассматривая равновесие выделенной части