Курсовая работа: Процедура расчета и создания стержней с заданными характеристиками

🛑 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Тема: Процедура расчета и создания стержней с заданными характеристиками

1 Основные аспекты создания стержней
1.2 Расчет статических стержневых систем
3.3 Создание стержня определенной жесткости
1 Основные аспекты создания стержней

Для заданного ступенчатого стержня (рис. 1,а) при осевых нагрузках F1=a1qa, F2=a2qa требуется:
1. Определить реактивную осевую силу в опорном сечении.
2. Определить продольные силы Nz, нормальные напряжения sz и перемещения w в характерных точках и построить их эпюры.
3. Определить опасное сечение и подобрать необходимую площадь A стержня из условия прочности на растяжение или сжатие.
Принять: α1=3, α2=4, а=1 м, q=600 кН/м, [σр]=160 МПа, [σс]=60МПа
Составляем уравнение равновесия в проекции на ось z:
2. Построение эпюр продольных сил, напряжений и перемещений.
Знак «плюс» соответствует погонной нагрузке, вызывающей растяжение бруса, а знак «минус» берется в случае сжатия. В сечениях где приложены сосредоточенные силы (сеч. C и E), на эпюре Nz имеют место скачки. Если сосредоточенная сила вызывает растяжение, то скачок вверх (сеч. E), в случае сжатия – скачок вниз (сеч. С). На участках BC и CD продольная сила изменяется по линейному закону (qz¹0), а на участке DE продольная сила постоянна (qz=0). Вычисляем значения продольной силы в характерных точках и строим эпюру Nz (рис. 1,б)
Эпюра σz. Напряжение в поперечных сечениях связаны с продольной силой соотношением
Учитывая, что брус имеет ступенчато – переменное сочетание, характер распределения нормальных напряжений по длине бруса остается таким же как для продольной силы. Однако в местах резкого изменения формы бруса (сеч. C и D) на эпюре σz, в отличие от Nz, возникают скачки, связанные с изменением площади поперечного сечения. Вычисляем напряжения в характерных точках и строим эпюру σz (рис. 1,в)
где w0 - перемещение в начале участка;
wz- площадь эпюры σz от начала участка до рассматриваемого сечения.
При отсутствие погонной нагрузки (уч. DE) напряжения постоянны, а перемещения изменяются по линейному закону. На участках с погонной нагрузкой напряжения изменяютяс по линейному закону, а перемещения – по квадратичному (уч. BC и CD). Вычисляем перемещения в характерных точках и сторим эпюру w (рис. 1,г)
Площадь сечения работающего на сжатие Ac = 0, т.к. σmin =0. Окончательно принимаем A=Aр=187,5 см2.
Исходя из найденной площади сечения, определим полное удлинение ступенчатого бруса
1.2 Расчет статических стержневых систем

Для заданной стержневой системы (рис. 2, а) требуется:
1. Определить усилия в стержнях и подобрать их сечения из двух равнобоких уголков по методу допускаемых напряжений, обеспечив заданное соотношение площадей A2/A1=1,6. Допускаемое напряжение принять равным [σ] = 160 МПа.
2. При принятых размерах сечений стержней определить грузоподъемность конструкции по методу допускаемых нагрузок.
3 Оценить в процентах дополнительный резерв грузоподъемности, получаемый при переходе от метода допускаемых напряжений к методу допускаемых нагрузок.
Данная система является однажды статически неопределимой (4 неизвестных при 3 уравнениях статики), поэтому в дополнение к уравнениям статики необходимо составить одно уравнение совместности деформаций.
N1·2a·cos45° + N2·4a·cos30° - 3a·F = 0
Уравнение совместности деформаций. Из подобия треугольников ABB1 и BCC1 имеем:
Заменяя по закону Гука деформации через усилия и подставляя в последние уравнение, получим
Решая совместно уравнения (1) и (2), находим усилия в стержнях
Следует заметить, что подобранные сечения должны одновременно удовлетворять и условию прочности, и заданному соотношению площадей. Чтобы удовлетворить обоим названым условиям, сопоставим два варианта.
По первому варианту сечение 1-го стержня подберем из условия прочности, а 2-го – исходя из заданного соотношения площадей, т.е.
По второму варианту из условия прочности находится сечение 2-го стержня, а из заданного соотношения – сечение 1-го
Окончательно принимаем второй вариант, так как он обеспечивает и прочность обоих стержней, и заданное соотношение площадей. По таблице сортамента для равнополочных уголков в соответствие с ГОСТ 8509-86 принимаем:
для 1-го стержня – 2 уголка 70´70´6 (А1=2·8,15=16,3 см2)
для 2-го стержня – 2 уголка 90´90´7 (А2=2·12,3=24,6 см2)
3. Определение грузоподъемности конструкции по методу допускаемых нагрузок.
Составляем уравнения предельного равновесия.
Следовательно, при переходе от одного метода допускаемых напряжений к методу допускаемых нагрузок можно повысить грузоподъемность конструкции в
Для проведения опыта на растяжение был изготовлен нормальный цилиндрический образец диаметром в расчетной части d0=16 мм и расчетной длинной l0=10·d0=160 мм. После изготовления он был подвергнут упрочняющей термической обработке (улучшению). Испытания проводились на машине УММ – 20. Геометрические параметры образца:
1. Вычисление основных механических характеристик.
Исходя из приведенной выше диаграммы растяжения образца (рис. 3), можно определить основные механические характеристики материала.
Определим характеристики прочности.
Предельная нагрузка Fт определяется следующим образом. Из точки О откладываем отрезок ОЕ, равный заданной остаточной деформации 0,2%, т.е. Dl0,2 = 0,002·l0 = 0,002·160 = 0,32 мм
Затем из точки Е проводим прямую, параллельную начальному прямому участку ОА. Ордината точки пересечения этой прямой с диаграммой как раз и дает искомое значение Fт=70 кН.
Наибольшая выдерживаемая образцом нагрузка, взятая непосредственно с диаграммы, равна Fmax = Fпч = 118 кН.
Определим характеристики пластичности.
Из точки D, соответствующей разрушению образца, проводим пунктирную прямую DL, параллельную начальному прямому ОА. Отрезок OL дает значение абсолютного удлинения при разрыве Dl=33 мм. Длина образца после разрыва l1= l0 + Dl=160 + 33 = 193 мм
Таблица 1 – Механические характеристики стали 30 (улучшение)

Выбор коэффициента запаса прочности и определение допускаемого напряжения
Условие прочности по методу допускаемых напряжений имеет вид
где σпред – предельное напряжение, т.к. материал пластичный (δ>5%), то σпред = σт =348 МПа;
[n] – нормативный коэффициент запаса прочности, который определяется по формуле
где [n1] – коэффициент, учитывающий неточность в определение нагрузок и напряжений, [n1] =1;
[n3] – коэффициент условий работы, учитывающий степень ответственности детали, [n3] =1…1,5»1;
[n2] – коэффициент, учитывающий неоднородность материала, повышенную его чувствительность к недостаткам механической сборки, выберается из табл. 2
Таблица 2 – Коэффициент неоднородности материала

Так как σт / σпч=0,593, то коэффициент неоднородности материала выбираем из второго столбца по формуле линейной интерполяции, для определения среднего значения в промежутке
По формуле (4) определяем коэффициент запаса прочности
По формуле (3) находим величину допускаемого напряжения
После округления до ближайшего целого числа, кратного 10, окончательно получим [σ] =220 МПа. Это значение используется при расчете балки на прочность (задача 3.1).
Для заданного трансмиссионного вала (рис. 4,а) требуется:
1. Построить эпюру крутящего момента MК и определить требуемый диаметр вала из расчетов на прочность и жесткость.
2. Установить наиболее рациональное расположение шкивов на валу и определить диаметр вала в этом случае. Оценить в процентах достигаемую в этом случае экономию материала по сравнению с заданным расположением шкивов.
3. Построить эпюры углов закручивания для обоих вариантов, считая неподвижным левый конец вала.
Принять: М=3 кН·м, а=0,2 м, G =80 МПа, [τ]=50 МПа, [θ]=8 мрад/м
Строим эпюру МК (рис. 4,б). Как видим, при заданном расположение шкивов наибольший крутящий момент равен МКmax =15 кН·м. Меняя местами шкивы, ищем такой вариант нагружения, при котором расчетный крутящий момент получается наименьшим. Это и будет рациональный вариант расположения шкивов. Схема нагружения рационального расположения шкивов и соответствующая ей эпюра МК представлены на рис. 5, а и б. В этом случае расчетный момент МКmax =12 кН·м, меньше чем в первом варианте.
Из условий прочности и жесткости определяем искомый диаметр:
Следовательно, d1 = max {dпч,dж} = 124 мм. Принимаем по ГОСТ 6636-86 d1 = 130 мм. Жесткость поперечного сечения данного вала равна
Следовательно, d2 = max {dпч,dж} = 118 мм. Принимаем по ГОСТ 6636-86 d2 = 120 мм. Жесткость поперечного сечения данного вала равна
Требуемый диаметр вала по второму варианту получается меньше, чем по первому. Тем самым переход от заданного расположения шкивов к рациональному приводит к экономии материала, равной
Построение эпюры угла закручивания φ.
Угол поворота определяется по формуле
где φ0 – угол поворота в начале участка;
ωМ – площадь эпюры крутящего момента от начала участка до рассматриваемого сечения.
Так как крутящий момент остается постоянным в пределах каждого участка, то согласно первой формуле угол φ меняется по линейному закону. Вычисляем углы поворота на границах участков и строим эпюры (рис.4,в и рис.5,в)
Спроектировать стальную балку (рис. 6,а) в 5 вариантах поперечного сечения: круглого, прямоугольного (h/b=2), двутаврового, из швеллеров и уголков, приняв допускаемое напряжение [σ] = 160 МПа. Оценить экономичность всех пяти сечений и начертить их в одном масштабе. Для балки двутаврового профиля построить эпюры нормальных и касательных напряжений, а также исследовать аналитически и графически напряженное состояние в точке К опорного сечения.
Принять: М = 4qa2 кН·м, F = 2qa кН, q=15 кН/м, а = 1,2 м, yк /h= – 0,1
1. Определение опорных реакций и построение эпюр Qy и Mx.
В данном случае следует взять знак «минус», так как погонная нагрузка направлена вниз. Поперечная сила постоянна на участке АВ (q=0) и изображается наклонной прямой на участке MF (q=const). Вычисляем значения Qyв характерных точках и строим ее эпюру (рис. 6,б)
Изгибающий момент изменяется по квадратичному закону на участке MF (q=const) и по линейному закону – на участке АВ (q=0). Вычисляем значения в характерных точках и строим эпюру (рис. 6,в)
MAВ = MA + 4qa2 = – 14qa2+ 4qa2 = – 10qa2
MВ = MAВ + 4qa2 = – 10qa2+ 4qa2 = – 6qa2
Mрас = |MA| = 14qa2 = – 14·15·103·1,2 = 302,4 кН·м
Из условий прочности по нормальным напряжениям определяем требуемый момент сопротивления поперечного сечения по кторому подбираем конкретные сечения
Принимаем по ГОСТ 6636-86 нормализованное значение d0=270 мм, тогда
Ближайшее меньшее стандартное значение равно b0=140 мм. При этом балка будет работать с перенапряжением, равным
что удовлетворяет требованию, и для которого
Двутавр. По ГОСТ 8239-89 выбираем двутавр № 55 для которого =2035 см3, A3=118 см2.
Три швеллера. По ГОСТ 8240-89 выбираем три швеллера № 36, для которых =3·601=1803 см3, A4=3·53,4=160,2 см2.
Неравнобокие уголки. Они находятся подбором, так как в сортаменте не даны значения момента сопротивления. Использую формулу
Сделав несколько попыток, выбираем восемь уголков 250´160´16 для которых
Оценка экономичности подобранных сечений
Масса балки определяется как произведение плотности материала на ее объем m=rAl , т.е. расход материала при прочих равных условиях зависит только от площади поперечного сечения А. Сравнивая массы балок
m1 : m2 : m3 : m4 : m5 = A1 : A2 : A3 : A4 : A5 = 1 : 0,68 : 0,2 : 0,28 : 0,89 заключаем, что самым неэкономичным является круглое сечение. При замене круга другими формами (прямоугольник, двутавр, три швеллера, восемь уголков) достигается экономия, равная соответственно 32%, 80%, 72% и 11%.
Исследование напряжений в опорном сечении для балки двутаврового профиля № 55 (рис. 7,а), параметры которой по ГОСТ 8239-89 равны:
h=55 см, b=18 см, d=1,1 см, t=1,65 см, Ix=55962 см4, Sx=1181 см3
Внутренние силовые факторы в опорном сечении А:
MA = – 14qa2 = – 14·15·103·1,22 = – 302,4 кН·м
Эпюра σ. Нормальные напряжения в поперечном сечении изменяются по линейному закону
Вычисляем напряжения в крайних точках и строим эпюру σ (рис. 7,б)
Эпюра τ. Она строится по формуле Журавского
Находим значения τ в 4 характерных точках по высоте сечения (необходимые вычисления представлены в табл. 3) и строим касательные напряжения (рис. 7,в)
Таблица 3 – Вычисления касательные напряжений в характерных точках

Определение главных напряжений в точке К (yк /h= – 0,1):
Экстремальные касательные напряжения равны по величине
и действуют на площадках, равнонаклоненных к осям 1 и 3.
Согласно схеме нагружения (рис. 9,а), подобрать сечение балки (рис. 10), изготовленной из материала, неодинаково работающего на растяжение и сжатие.
Принять: М = 4qa2 кН·м, F = 2qaкН, q= 15 кН/м, а = 1,2 м,
1. Определение опорных реакций и построение эпюр Qx и Mx.
В данном случае берем знак «минус», так как погонная нагрузка направлена вниз. Находим значения поперечной силы в характерных точках и строим ее эпюру (рис. 9,б)
QA = QCA + RA = – qa + 4,125qa = 3,125qa
QAF = QA – 2qa = 3,125qa – 2qa = 1,125qa
QD = QFD – 2qa = 1,125qa – 2qa = – 0,875qa
QB = QDB + RB = – 0,875qa + 0,875qa = 0
Изгибающий момент изменяется по квадратичному закону на участке CA и AF (q=const) и по линейному закону – на участках FD и DB (q=0). Вычисляем значения в характерных точках и строим эпюру (рис. 9,в)
MA = MС – qa2 = – 4qa2 – 0,5 = – 4,5qa2
MF = MA + qa2 = – 10qa2+ 4qa2 = – 6qa2
MD = MF + 1,125qa2 = – 0,25qa2+ 1,125qa2 = 0,875qa2
MB = MD – 0,875qa2 = 0,875qa2+ 0,875qa2 = 0
Mрас = |MA| = 4,5qa2 = 4,5·15·103·1,22 = 97,2 кН·м
Геометрические характеристики сечения
Необходимые вычисления представлены в табл. 4.
Таблица 4 – Положение центра тяжести

Момент инерции относительно главной центральной оси.
Предварительно определим моменты для элементов сечения относительно собственных центральных осей, а последующие вычисления выполним в табличной форме (табл. 5)
Поскольку материал хуже работает на растяжение, то с точки зрения наиболее эффективного его использования профиль следует расположить так, чтобы более тонкий слой толщиной h2 испытывал растяжение в опасном сечении А. В этом сечении растяжение возникает в верхней части балки, поэтому профиль следует расположить полостью вниз.
– из условия прочности на растяжение
Принимаем большее значение t= max { tр , tс} = 113 мм.
В опорном сечение D изгибающий момент меньше расчетного. Поэтому здесь нужно проверить прочность балки на растяжение. Находим
Т.к. перенапряжение составляет 15,4%, что недопустимо, принимаем t =200 мм
В этом случае перенапряжение составляет 2,78%, что допустимо, т.к. 2,78% < 5%, следовательно прочность балки при найденных размерах будет обеспечена.
Создание стержня определенной жесткости
Подобрать сечение балки (рис. 11,а), удовлетворяющее условиям прочности и жесткости. Допускаемое напряжение материала определяется исходя из диаграммы растяжения материала (задача 1.3). Исследование перемещения выполнить двумя способами:
– пользуясь методом начальных параметров, определить прогибы и углы поворота сечений балки с координатами z = 0, a, 2a, 3a, 4a, 5a; изобразить изогнутую ось балки и показать на ней найденные перемещения;
– определить прогибы в середине пролета и на концах консолей, а также углы поворота на опорах энергетическим методом.
Принять: q= 15 кН/м, а = 1,2 м, [σ] = 220 МПа, l / [ f ] = 800
1. Определение опорных реакций и построение эпюр поперечной силы и изгибающего момента.
Эпюра Qy. Поперечная сила изменяется на всех участках по линейному и принимает в характерных точках следующие значения (рис. 11,б)
QB=QDB + RB = – 2qa + 0,5qa= – 1,5qa
QC=QDC + 1,5qa = – 1,5qa +1,5qa = 0
Эпюра Mx. Изгибающий момент изменяется по квадратичному закону на участке AB (q=const) и по линейному закону – на участке BC (q=0). Вычисляем значения в характерных точках и строим эпюру (рис. 11,в)
MAD = MA + qa2 = 0+ 1,5qa2 = 1,5qa2
MD = MAD + 1,5qa2 = 1,5qa2+ 1,5qa2 = 3qa2
ME = MD + qa2 = 3qa2+ 0,5qa2 = 3,5qa2
MB = ME – qa2 = 3,5qa2 – 2qa2 = 1,5qa2
MC = MB – 1,5qa2 = 1,5qa2 – 1,5qa2 = 0
Mрас = |ME| = 3,5qa2 = 3,5·15·103·1,22 = 75,6 кН·м
Для перемещения упругих перемещений в инженерной практике применяются как аналитические (точные и приближенные), так и графические методы. Из точных аналитических методов следует отметить метод начальных параметров и энергетический метод. К приближенным относят метод конечных разностей (МКР) и метод конечных элементов (МКЭ).
Из граничных условий задачи имеем: νA = 0, νB = 0. Первое дает ν0 = 0, а из второго находим θ0 :
А теперь находим искомые перемещения:
Результаты вычислений сведем в табл. 6 и построим упругую линию балки, показано на рис. 11,а пунктиром.
Таблица 6 – Перемещения и угол поворота в сечение балки

Для расчета балки на жесткость необходимо знать максимальный прогиб, который имеет место в сечении, где угол поворота равен нулю. Последний описывает полиномом 3-й степени и в связи с этим нахождение максимального прогиба связано с громоздкими вычислениями. С другой стороны, судя по приведенной выше таблице, он имеет место в интервале (2а, 3а). В силу непрерывности функции прогибов νmax мало отличается от прогиба сечения E. Следовательно, с небольшой погрешность (не превышающей точности инженерных расчетов) можно принять
Искомые перемещения находятся с помощью интеграла Мора
для вычисления которых в простых случаях можно пользоваться правилом Верещагина
а в более сложных случаях – формулой Симпсона
При наличие на данном участке равномерно распределенной погонной нагрузки q величина момента посредине участка находится следующим образом
Величина моментов Млев и Мпр берутся со своими знаками. Знак «плюс» перед вторым слагаемым соответствует погонной нагрузке, направленной вниз, а «минус» – вверх.
Строим эпюры моментов от заданной нагрузки и от единичных воздействий, приложенных к балке в направлении искомых перемещений (рис. 11,г – з).
Определяем моменты по средине участков
Перемножая соответствующие эпюры, находим искомые перемещения, увеличенные для удобства вычислений в EI раз:
Знак «минус» у перемещения указывает, что оно противоположно направлению соответствующего единичного фактора: единичной силы для прогиба сечения С и единичного момента для угла поворота сечения В, т.е. прогиб νС направлен вверх, а сечение В поворачивается против часовой стрелки. Знак «плюс» у угла поворота θА указывает, что сечение В поворачивается в направлении единичного момента, т.е. по часовой стрелки.
Подбор сечения балки по условиям прочности и жесткости.
находим диаметр сечения балки, удовлетворяющий условию прочности
находим искомый диаметр, удовлетворяющий условию жесткости
Из двух полученных значений принимаем большее, т.е.
После округления до ближайшего стандартного значения по ГОСТ 6636-86 окончательно получим d0 =240 мм.
Найденное таким образом значение диаметра поперечного сечения бруса, обеспечит надежную работу балки, так как удовлетворяет одновременно и условию прочности, и условию жесткости.

Название: Процедура расчета и создания стержней с заданными характеристиками
Раздел: Промышленность, производство
Тип: курсовая работа
Добавлен 22:40:43 20 декабря 2010 Похожие работы
Просмотров: 17
Комментариев: 15
Оценило: 1 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Курсовая работа: Процедура расчета и создания стержней с заданными характеристиками
Тема Города В Петербургских Повестях Гоголя Сочинение
Курсовая работа: Движение денежных средств
Курсовая работа по теме Психологическая готовность к обучению в школе
Сочинение О Народном Промысле Гжель
Подготовка учителя к уроку
Реферат: Рекламно-информационная деятельность
Реферат: Досократовская философия. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа по теме Корреляция финансовых временных рядов
Авито Россия Камаз Рефератом
Реферат по теме Кочевники Северной Африки и Аравии
Курсовая Работа Формы Источники Права
Мелодия Современная Без Слов Для Сочинения
Реферат На Тему Брак В Древнем Риме
Эссе На Тему Деньги Как Инструмент Благотворительности
Курсовая работа по теме Управление в системе таможенных органов
Диссертация Совершенствование Деревянных Изделий С Эпоксидной Смолой
Реферат: Судебное разбирательство. Постановления хозяйственного суда Республики Беларусь
Сочинение На Куликовом Поле
Реферат: Мировой финансовый кризис 2008. Его влияние на российскую банковскую систему. Скачать бесплатно и без регистрации
Этика В Социальных Коммуникациях Реферат
Курсовая работа: Государственная информационная политика в РФ
Реферат: Ушатый, Пётр Фёдорович
Реферат: Современное состояние проблемы прогноза землетрясений