Лабораторна робота №6

Визначення опорного моменту один раз статично невизначуваної балки

Мета роботи – визначити теоретично і експериментально величинуопорного моменту один раз статично невизначуваної балки.

Теоретичні відомості

Розглянемо балку (рис. 6.1). один кінець якої затиснений, а інший обпирається на шарнірно-рухомому опору.

Рисунок 6.1 Балка один кінець якої затиснений, а інший обпирається на шарнірно-рухомому опору.

При дії на балку зовнішнього навантаження затиснення лівого кінця дає три реакції – вертикальну R_A і горизонтальну H_A реакції та опорний момент М_А. (рис. 6.2) Шарнірно-рухома опора дає одну реакцію R_В.

Рисунок 6.2 Розрахункова схема

Для визначення реакцій можна скласти три умови рівноваги плоскої системи сил. З трьох рівнянь рівноваги чотири реакції (R_A, H_A, М_А, R_В) визначити не можна. Отже, зображена на рис. 6.2 балка один раз статично невизначувана.

Розглянемо етапи розрахунку статично невизначуваної системи.

1. Визначаємо ступінь статичної невизначуваності, тобто кількість зайвих зв’язків або зайвих зусиль.

2. Усуваємо зайві зв’язки і заміняємо вихідну систему статично визначуваною, яку називають основною системою.

2. Завантажуємо основну систему заданим навантаженням і зайвими невідомими зусиллями, що заміняють дію усунених зв’язків. Така система називається еквівалентною системою.

3. Складаємо рівняння переміщень, що виражають рівність нулю переміщень у напрямах зайвих невідомих. Розв’язуємо рівняння і визначаємо значення зайвих невідомих.

Наведена схема розрахунку має назву метод сил, оскільки як основні невідомі тут вибирають зусилля зайвих зв’язків.

Визначимо основну систему для один раз статично невизначуваної системи (див. рис. 6.2). Взявши як зайве зусилля опорний момент М_А, дістанемо основну систему у вигляді шарнірно обпертої балки (рис. 6.3).

Рисунок 6.3 Основна система

Завантажуємо основну систему заданим навантаженням та зайвим невідомим моментом М_А=Х₁ і отримуємо еквівалентну систему

Рисунок 6.4 Еквівалентна система

Рівняння для визначення невідомого опорного моменту Х₁ має вигляд

, (6.1)

де - кут повороту перерізу А від моменту ; - кут повороту від заданого навантаження.

Для визначення та будують епюри згинальних моментів від дії заданого навантаження М_р (рис. 6.5) і одиночного моменту М₁ (рис. 6.6).

Значення та можливо отримати, використовуючи спосіб Верещагіна або Верещагіна-Даркова.

Значення опорного моменту Х₁ з рівняння (6.1)

. (6.2)

Рисунок 6.5 Розрахункова схема (а) і епюра від зовнішнього навантаження (б)

Рисунок 6.6 Розрахункова схема (а) і епюра от дії одиночного моменту (б)

Опис установки

Загальний вигляд установки для визначення опорного моменту один раз статично невизначуваної балки показано на рис. 6.7.

Установка (рис. 6.8) складається з наступних основних частин: балки 1, основи 2, яка встановлена на чотирьох регульованих гвинтах-ніжках 3, рухомої 4 і нерухомої 5 стійок.

Балка прямокутного перерізу 3 40 мм виконана зі сталі марки Ст3. Балка обпирається на шарнірні опори А і В, які відповідно розміщені на стійках 4 і 5. На лицьовій стороні балки нанесена шкала для зручності відліку плечей навантаження.

Навантаження зразка здійснюється за допомогою двох підвісок 6 з гирьовими підвісами 7, на які накладають гирі 8. Підвіски переміщають вздовж балки вручну. При необхідності підвіски можна зафіксувати за допомогою гвинта в будь-якій точці прольоту балки.

Рисунок 6.7 Установка для визначення опорного моменту один раз статично невизначуваної балки

Рухома стійка 4 може переміщатися по направляючій планці 9, яка прикріплена до основи 2 установки, що дозволяє змінювати довжину прольоту балки в межах від 650 до 800 мм.

Нерухома стійка 5 закріплена гвинтами до основи 2 і обладнана пристроєм, що дозволяє імітувати жорстке защемлення балки. Цей пристрій складається з горизонтально розташованого важеля 10 з противагою 11. Важіль 10 з’єднаний з віссю шарнірної опори А. На важелі нанесена шкала.

На вісі шарнірної опори А також закріплено стержень 12 для вимірювання кута повороту перерізу балки на опорі. Стержень має в нижній частині п’ятку, в яку впирається ніжка індикатора І.

При навантаженні балки її перерізу на опорі повертається на кут, величина якого реєструється по шкалі індикатора годинникового типу з ціною поділки 0,01 мм.

Переміщуючи противагу 11 вздовж важеля 10, можна зрівноважити балку, тобто домогтися такого її стану, при якому кут повороту перерізу балки на опорі А буде дорівнювати нулю. Противага 11 має вагу 10 Н.

Отримане таки чином жорстке защемлення опорного кінця балки характеризується опорним моментом, значення якого визначається моментом, створюваного противагою важеля щодо вісі опорного перетину балки.