Меню

Углы наклона поперечного сечения при которых касательное напряжение при растяжении равно 0

Анализ напряженного состояния при растяжении (сжатии)

При растяжении бруса наклонные сечения, как и поперечные, остаются плоскими и параллельными. Следовательно, внутренние силы распределены по наклонным сечениям равномерно.

Нормальное напряжение в поперечном сечении растянутого или сжатого стержня есть главное напряжение. Поэтому на рис. 4.20 оно обозначено s 1 . Так как отлично от нуля только одно главное напряжение, то напряженное состояние при одноосном растяжении (сжатии) является линейным. При растяжении:

Составляющие вектора полного напряжения по координатным осям в наклонной площадке определяются из уравнения (3.9) или (3.10):

Нормальные и касательные напряжения в наклонной площадке – по уравнениям (3.12), (3.13). Для случая растяжения стержня:

На площадке, наклоненной под углом β=π/2+α :

Рис. 4.20. Напряжения на наклонных площадках

На 4.20 показаны напряжения на наклонных площадках и построен круг Мора для случая растяжения стержня. Аналогичные построения и расчеты могут быть сделаны и для случая сжатия стержня. Таким образом, напряжения в стержне изменяются в зависимости от наклона сечения. Тем самым на конкретном примере подтверждается зависимость напряжений в точке тела от ориентировки площадки их действия. Анализ формул показывает, что при одноосном растяжении бруса нормальные напряжения достигают наибольших значений в поперечных сечениях ( α =0 ), а касательные напряжения τ α — в сечении, наклонном к оси бруса под углом α =45°, причем τ max =s 1 /2 . В продольном сечении ( α =90°) касательные и нормальные напряжения равны нулю.

Интересно отметить, что сумма нормальных напряжений на двух любых ортогональных площадках есть величина постоянная, а касательные напряжения на этих площадках равны по величине, что является проявлением сформулированного выше закона парности касательных напряжений.

Источник



Напряжения в наклонных сечениях

Мы умеем определять нормальные напряжения,возникающие в опасном сечении (поперечном) стержня. Но можем ли мы утверждать, что эти нормальные напряжения самые большие и именно их значения следует использовать для оценки прочности стержня? Касательные напряжения в поперечном сечении не возникают, но возникают ли касательные напряжения в наклонных сечениях?

Читайте также:  Что больше линейное или фазное напряжение при соединении звездой

Необходимо научиться определять напряжения на любых площадках, проходящих через некоторую точку К тела и находить площадки, на которых нормальные и касательные напряжения достигают наибольших значений.

Напряжения в наклонных площадках наблюдаются, если мысленно «разрезать» стержень, растягиваемый силами P, наклонной плоскостью под углом к поперечному сечению (рис. 2.2, а), проходящей через точку K, и отбросить правую часть.

Внешняя нормаль к наклонному сечению будет составлять с осью угол . Действие отброшенной правой части стержня на левую часть заменим внутренними усилиями (рис. 2.2, б). Чтобы левая часть стержня находилась в равновесии, в каждой точке наклонного сечения стержня должно возникнуть продольное противодействующее усилие. Равнодействующая внутренних усилий N равна внешней силе P.

Допустим, внутренние усилия равномерно распределены по площади наклонного сечения . Тогда полное напряжение наклонного сечения в каждой точке будет равно:

где – нормальное напряжение, возникающее в точках (в том числе и в точке К), но в поперечном сечении стержня (рис. 2.1, в).

Разложим полное напряжение в наклонном сечении (p), возникающее в некоторой точке К, на две составляющие – нормальное ( ) и касательное ( ) напряжения (рис. 2.2, г). Они будут равны:

Проследим, как будет меняться каждое из этих напряжений с изменением угла наклона сечения, проходящего через точку К, от нуля до .

При увеличении угла нормальное напряжение в точке К будет постепенно уменьшаться от своего максимального значения ( ) до нуля. Касательное напряжение при этом будет сначала возрастать от нулевого до максимального значения ( ) при , а затем убывать и при угле снова станет равным нулю.

Следовательно, наибольшее нормальное напряжение действительно возникает в точках поперечного сечения стержня. В продольном сечении оно равно нулю. Следовательно, продольные волокна не давят друг на друга.

Наибольшие касательные напряжения возникают в наклонных сечениях, расположенных под углом к оси стержня. В поперечном и продольном сечениях они равны нулю.

Читайте также:  Увеличение напряжения зарядного устройства

Источник

Напряжения в наклонных сечениях при растяжении и сжатии.

При растяжении бруса наклонные сечения, как и поперечные, остаются плоскими и параллельными. Следовательно, внутренние силы распределены по наклонным сечениям равномерно.

Напряжения в наклонных площадках наблюдаются, если мысленно «разрезать» стержень, растягиваемый силами P, наклонной плоскостью под углом к поперечному сечению (рис. 2.2, а), проходящей через точку K, и отбросить правую часть.

Внешняя нормаль к наклонномусечению будет составлять с осью угол . Действие отброшенной правой части стержня на левую часть заменим внутренними усилиями (рис. 2.2, б). Чтобы левая часть стержня находилась в равновесии, в каждой точке наклонного сечения стержня должно возникнуть продольное противодействующее усилие. Равнодействующая внутренних усилий N равна внешней силе P.

Допустим, внутренние усилия равномерно распределены по площади наклонного сечения . Тогда полное напряжение наклонного сечения в каждой точке будет равно:

где – нормальное напряжение, возникающее в точках (в том числе и в точке К), но в поперечном сечении стержня (рис. 2.1, в).

Разложим полное напряжение в наклонном сечении (p), возникающее в некоторой точке К, на две составляющие – нормальное ( ) и касательное ( ) напряжения (рис. 2.2, г). Они будут равны:

Проследим, как будет меняться каждое из этих напряжений с изменением угла наклона сечения, проходящего через точку К, от нуля до 90̊.

При увеличении угла нормальное напряжение в точке К будет постепенно уменьшаться от своего максимального значения ( ) до нуля. Касательное напряжение при этом будет сначала возрастать от нулевого до максимального значения ( ) при , а затем убывать и при угле снова станет равным нулю.

Следовательно, наибольшее нормальное напряжение действительно возникает в точках поперечного сечения стержня. В продольном сечении оно равно нулю. Следовательно, продольные волокна не давят друг на друга.

Наибольшие касательные напряжения возникают в наклонных сечениях, расположенных под углом 45̊ к оси стержня. В поперечном и продольном сечениях они равны нулю.

Читайте также:  Преобразователи напряжения для вибраторов

Теорема Максвелла.

Рассмотрим два состояния системы. В первом состоянии к систе­ме приложена сила P1=1, а во втором — сила P2=1 (рис. 5.12).

Обозначим перемещения, вызванные единичными силами или моментами (т. е. силами Р=1 или моментами М=1), знаком δ в отличие от перемещений, вызванных силами и моментами, не рав­ными единице, обозначаемых знаком ∆. В соответствии с этим пере­мещение рассматриваемой системы по направлению единичной силы. P2 в первом состоянии (т. е. вызванное силой P1=1) обозначим δ21. а перемещение по направлению единичной силы P1 во втором состоянии обозначим δ12 (рис. 5.12).

На основании теоремы о взаимности работ для рассматриваемых двух состояний

То или в общем случае действия любых единичных сил (5.21)

Полученное равенство носит название теоремы о взаимности перемещений (теоремы, или принципа, Максвелла): для двух единичных состояний упругой системы перемещение по направлению первой единичной силы, вызванное второй единичной силой, равно перемещению по направлению второй силы, вызванному первой силой. Для иллюстрации теоремы Максвелла в качестве примера рас смотрим два состояния балки, изображенной на рис. 5.13.

В первом состоянии на балку действует сила Р=1, а во втором — момент Угол поворота ϑa, вызванный силой Р=1, на основании формулы (5.21) должен быть численно равен прогибу yl вызванному моментом M=1, т. е. ϑa=yl

Определим значения ϑa и yl методом начальных параметров. В первом состоянии (рис. 5.13, а)

во втором состоянии (рис. 5.13,б)

Единичные перемещения (например, перемещения, вызванные отвлеченной единичной силой Р=1 или отвлеченным единичным моментом М=1) имеют размерности, отличные от обычных размер­ностей перемещений. Размерность единичного перемещения представ­ляет собой размерность отношения перемещения (не единичного) к вызвавшей его нагрузке. Так, например, в рассмотренном при­мере единичный угол поворота ϑa, вызванный силой P=1, выражен в 1/кН, единичный прогиб yl, вызванный моментом M=1, выражен в м/кН*м, или 1/кН, т. е. в тех же функциях, что и угол ϑa.

Источник