Косой изгиб Теории прочности

Виды напряженного и деформированного состояния в точке тела. Линейное деформированное состояние. Плоское напряженное состояние. Понятия о главных направлениях и главных напряжениях. Объемно-напряженное состояние

Теории прочности

 Как показывают экспериментальные исследования, прочность материалов существенно зависит от вида напряженного состояния. В общем случае нагруженного тела напряженное состояние в какой-либо точке вполне может быть определено величиной напряжений в трех координатных плоскостях, проходящих через эту точку. При произвольном выборе положения координатных плоскостей, в каждой из них, вообще говоря, имеются и нормальные, и касательные напряжения. Для них вводятся соответствующие обозначения в плоскости xy: szz, tzx, tzy; в плоскости xz: syy, tyx, tyz; в плоскости yz: sxx, txy, txz. Здесь первый индекс показывает ориентацию площадки, в которой действует напряжение, т.е. какой из координатных осей она перпендикулярна. Второй индекс указывает направление напряжения по координатной оси.

 В каждой точке тела существуют три взаимно перпендикулярные плоскости, свободные от касательных напряжений, носящие название главных площадок. Нормальные напряжения в этих площадках называются главными напряжениями и обозначаются s1, s2, s3. При этом всегда s1>s2>s3. Заметим, что более подробно вопросы теории напряженного состояния в точке обсуждены в десятом разделе настоящей книги, и по данному вопросу имеется обширная литература.

 Напряженные состояния разделяются на три группы. Напряженное состояние называется: а) объемным или трехосным, если все главные напряжения s1, s2, s3 не равны нулю; б) плоским или двухосным, если одно из трех главных напряжений равно нулю; в)одномерным или одноосным, если два из трех главных напряжений равны нулю.

 Основной задачей теории прочности является установление критерия прочности, позволяющего сравнить между собой опасность различных напряженных состояний материала.

 Выбранный критерий прочности должен быть обоснован на основе экспериментальных данных путем проведения испытаний различных материалов в зависимости от вида напряженного состояния, как функция от соотношений между значениями главных напряжений.

 Заметим, что, так как в настоящее время строгой единой теории прочности материалов, в зависимости от вида напряженного состояния, не существует, поэтому при выполнении практических расчетов применяются упрощенные критерии.

 Как отмечалось в п.2.8, наиболее распространенным и наглядным критерием проверки конструкций на прочность, при простейших случаях напряженного состояния (сжатие-растяжение, кручение, чистый изгиб), является выполнение условия:

smax[s], (5.38)

где smax-максимальное расчетное значение напряжения, возникающее в наиболее опасной точке конструкции; [s]-допускаемое значение напряжения для материала конструкции.

 В настоящее время при выполнении расчетов конструкций на прочность, при произвольных напряженных состояниях, широко используются три теории прочности.

 Согласно первой теории критерием прочности является ограничение главного максимального напряжения:

smax=s1[s], (5.39)

где [s]-предельное напряжение, полученное из опытов на одноосное растяжение.

 Основным недостатком этой теории является не учет двух других главных напряжений.

 В основу второй теории прочности заложена гипотеза о том, что критерием оценки работы конструкции является ограничение наибольшего удлинения. В формулировке данного положения через главные напряжения (s1 и s2) это условие для плоского напряженного состояния записывается следующим образом:

s1-ms2[s],

где [s]-напряжение, при котором было вызвано предельное удлинение образца в опытах на одноосное растяжение; m-коэффициент бокового расширения.

 При объемном напряженном состоянии вторая теория прочности записывается в виде:

s1-m(s2-s3)[s], (5.40)

 Экспериментальная проверка не всегда подтверждает правильность теории прочности наибольших линейных деформаций при простых нагружениях, т.е. при чистом растяжении или чистом сдвиге. Однако до настоящего времени эта теория имела широкое применение при выполнении инженерных расчетов..

 В основу третьей теории прочности заложена гипотеза о том, что причиной разрушения материалов являются сдвиговые деформации, происходящие на площадках максимальных касательных напряжений, т.е.

tmax<[t], (5.41)

где tmax-расчетное максимальное касательное напряжение, возникающее в опасной точке нагруженного тела; [t]-предельное значение касательного напряжения, полученное из опытов.

 Для плоского напряженного состояния по третьей теории условие прочности записывается в виде:

s1-s2<[s]. (5.42)

 В случае поперечного изгиба балки (s2=0), если выразить главные напряжения s1 и s3 через s и t, то условие прочности (5.42) преобразуется в виде:

, (5.43)

где R-расчетное сопротивление материала балки при изгибе.

Дан пространственный консольный брус с ломаным очертанием осевой линии, нагруженный сосредоточенной силой Р=1кН и равномерно распределенной нагрузкой q=2кН/м.

Следует отметить, что при определении опорных реакций их направление можно указать произвольно, а затем из решения уравнения равновесия будет ясно, как в действительности действует реакция: если результат положительный, то реакция действует именно так, как мы предварительно указали, если отрицательный-то наоборот.

В центре сечения помещаем систему координат. Оси x и y совпадают с направлением главных осей инерции сечения, показанных на рис.5.34,г.

Установить вид сопротивления для каждого участка бруса. По эпюрам устанавливаем вид сопротивления на каждом участке бруса.

При кручении круглого сечения возникают касательные напряжения, максимальные значения которых определяются по формуле:, где Wp-момент сопротивления при кручении.

Проверка прочности при расчетным сопротивлении R=180МПа. Расчетное напряжение по третьей теории прочности для плоского напряженного состояния определяется по формуле: .

Кинематический анализ механизмов: задачи и методы исследования движения звеньев, графический метод кинематического анализа механизма, аналитический метод кинематического анализа. Силовой анализ механизмов: задачи анализа, силы, действующие в механизмах, определение реакций в кинематических парах. Основные понятия: детали и узлы машин, их виды. Классификация узлов и деталей машин.
Прочность при циклических нагрузках